Bacterial and archaeal community distributions and cosmopolitanism across physicochemically diverse hot springs
- Chanenath Sriaporn
- ISME Communications
- Metagenome, Hot spring, bacteria, Archea, metabolism
Method
- 기존 연구의 primer에 대한 한계를 극복하기 위해 전장유전체 분석 사용/ assembly: SPAdes / mapp to contig: Bowtie, binning: MetaBAT, MaxBin, CONCOCT, MAG selection: DAS Tool, Refination: VixBin, quality check: CheckM , Gene prediction: Prodigal, UniRef100, Uniprot, Kegg, Pfam, TIGFAM, Taxonomy classification: GTDB-Tk
Result
- 55.3% of the ASVs belonged to two archaeal phyla, Euryarchaeota and Crenarchaeota, and one bacterial phylum, Proteobacteria (Fig 1)
- 다양성은 pH와 양의 상관관계, 16S rRNA 유전자의 농도로 본 biomass는 온도에 따라 음의 상관관계를 보임 (Fig 2)
- the eight most prevalent (in >50% of samples) were distributed across temperatures from 17.5 °C and up to 92.9 °C and pHs from 2.0 and up to 7.5. Three ASVs were Euryarchaeota/Thermoplasmatota (two A10 and one BSLdp215), two each were Proteobacteria (Acidithiobacillus) and Thermotogae/Thermotogota (Mesoaciditoga), and one was from Epsilonbacteraeota/Campylobacterota (Desulfurella).
- Endemism 는 거리의 한계 때문에 고유한 종이 있을 것으로 예상되지만, 위 연구는 광범위한 온도와 pH를 가진 널리 떨어진 온천에서 8개의 공통적인 종을 공유한 다는 것을 얻었다. 이는 적어도 16S rRNA amplicon level의 해상력에서 niche differentiation가 아닌 cosmopolitanism이라는 것을 제안(세계사람들은 다 친구 = 모든 환경에서 공유하는 종).(물론 TVZ 온천 외에는 잘 모름) (Fig4)
- 위 주장을 지지하기 위해 전장 유전체 분석으로 8개의 ASV와 계통적으로 인접한 MAGs선택. 기존에 얻은 16S rRNA와 비교하여 유사한 16S를 가진 MAG을 선별, 선별된 18개의 MAG과 각 샘플에서 96.5나 98을 기준으로 일치하는 샘플을 표시. pH와 온도에 따른 샘플에서 GTDB에서 얻어진 MAG과의 유사성(coverage)을 표시했다. 이때 Thermoplasmata는 높은 온도와 pH에서 일부 구획화가 이루어진 것을 확인할 수 있다 (fig 6a).
- 유전자의 기능적 차이가 밀접한 분류군의 서식 차이를 유도한다고 여겨진다. 이를 알아보기 위해 Mesoaciditogaceae, Desulfurellaceae, Acidithiobacillaceae 및 Thermoplasmata 등의 황, 질소 및 수소 대사 관련 유전체 조사 -> 같은 종이라고 해도 기능 유전체의 유무 차이 (fig 6b).
- 유전체의 다양성을 더욱 살펴보기 위해 SNP분석 -> 대부분 substitution이 많고, rRNA보다는 Coding 영역(CDS)에 대부분 일어나며, 기능적으로 아미도산을 변경하지 않을 것으로 예측(Synonymous)된다. 그러나 1/4는 missense SNPs로 독특한 아미노산으로 형질의 차이를 유발할 수도 있다.
Conclusions
amlicon분석을 통해 여러 온도와 pH에 걸쳐 공통적으로 존재하는 8개의 ASV를 식별하고, metagenome연구를 통해 이들은 SNP의 여러 변이로 인해 나타난 아미노산의 차이가 기능적 차이를 불러오고, 결과적으로 다양한 환경에 성공적으로 정착하였다.
의의
- 발달과정 : 16S로 인해 환경 미생물 분석 -> 8개의 공통적인 종 발견, 이들이 넓은 온도와 pH에서도 서식가능한 원인을 찾기 위해 metagenome분석 -> 기능 유전체의 차이에 기인, 그렇다면 기능 유전체의 차이를 만드는 것은? -> SNP의 변이의 다양성 때문
- 이때 16S에서 metagenome으로 넘어가기 위해, 만들어진 MAG에서 16S만 추출하여, 기존에 분석한 amplicon data와 유사성을 찾은 후 그 MAG에 대해서만 연구하는 것이 독창적이다.
용어 및 단어
> Streamlining theory: there is a reproductive benefit to prokaryotes having a smaller genome size with less non-coding DNA and fewer non-essential genes. gene이 작은 친구들이 이득을 본다
> delineated 묘사된
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