在最近發(fā)表在PLOSONE雜志上的一項(xiàng)研究中，來(lái)自日本的研究人員將基于微生物群蛋白質(zhì)組學(xué)數(shù)據(jù)的系統(tǒng)發(fā)育樹(shù)與環(huán)境因素的樹(shù)狀圖進(jìn)行了比較，以確定環(huán)境梯度在建立微生物群落中的作用。
溫度、濕度、碳氮含量和pH值等環(huán)境因素在微生物生長(zhǎng)中的作用已得到充分研究。確定不斷變化的微生物群落與環(huán)境梯度之間的相關(guān)性可以進(jìn)一步了解主要環(huán)境因素如何影響微生物群落。
隨著過(guò)去幾十年測(cè)序技術(shù)的進(jìn)步以及更快、更高效的生物信息學(xué)工具的發(fā)展，全宏基因組鳥(niǎo)槍法測(cè)序等方法可用于鑒定新物種、功能基因和代謝途徑已成為可行。
通過(guò)獲取大量的基因組和蛋白質(zhì)組學(xué)數(shù)據(jù)以及先進(jìn)的系統(tǒng)發(fā)育工具，可以詳細(xì)檢查微生物物種和群落之間的相似性和關(guān)系以及與環(huán)境因素的相關(guān)性。
關(guān)于研究
本研究開(kāi)發(fā)了一種基于平均序列相似性(MPASS)的宏基因組系統(tǒng)發(fā)育方法，以比較從全基因組霰彈槍測(cè)序中獲得的蛋白質(zhì)組學(xué)數(shù)據(jù)。
為了測(cè)試MPASS在檢測(cè)序列相似性方面的準(zhǔn)確性，使用MPASS分析了五種細(xì)菌物種(荻膜酸桿菌，脆弱擬桿菌，多形亞硝螺旋體，奇異變形桿菌和Sulfolobusislandicus)的宏基因組數(shù)據(jù)的兩個(gè)模擬數(shù)據(jù)集，并用于構(gòu)建系統(tǒng)發(fā)育樹(shù)。觀察了細(xì)菌的分枝順序關(guān)系和菌種組成。
然后將該方法應(yīng)用于現(xiàn)有的土壤宏基因組數(shù)據(jù)集，該數(shù)據(jù)集包含來(lái)自不同生態(tài)生物群落(如苔原、寒冷沙漠、炎熱沙漠、森林和草原)的16個(gè)樣本。MPASS還用于分析水生宏基因組數(shù)據(jù)集，該數(shù)據(jù)集包含來(lái)自深海熱液噴口，海洋，湖泊和溫泉的35個(gè)樣本。
此外，來(lái)自水生宏基因組樹(shù)的霧島溫泉的分支被用于一個(gè)名為TREEDIST的程序，以定量比較基于宏基因組的系統(tǒng)發(fā)育樹(shù)和環(huán)境參數(shù)的樹(shù)狀圖。溫泉報(bào)告的參數(shù)是濁度、pH值以及有機(jī)碳、總氮以及銅、鋅和硫酸根離子的濃度。
此外，還分析了分布在同一譜系的各種宏基因組中的基因和物種數(shù)量以及相似宏基因組之間的共享基因數(shù)量。
結(jié)果
結(jié)果表明，MPASS方法能夠從模擬和實(shí)際的土壤和水宏基因組樣本中準(zhǔn)確構(gòu)建宏基因組樹(shù)，并在數(shù)據(jù)集中正確聚類樣本。
此外，當(dāng)使用宏基因組樹(shù)推斷微生物組轉(zhuǎn)變與環(huán)境因素之間的相關(guān)性時(shí)，來(lái)自熱液噴口和溫泉群的樣品的分支順序與與熱源的距離以及采樣點(diǎn)的溫度升高相關(guān)。
使用MPAS方法構(gòu)建的宏基因組樹(shù)能夠確定隨著環(huán)境梯度的變化而發(fā)生的微生物組轉(zhuǎn)變。樹(shù)木拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)還反映了微生物動(dòng)態(tài)的功能和分類水平。對(duì)于土壤微生物宏基因組數(shù)據(jù)集，系統(tǒng)發(fā)育樹(shù)將樣本分為三個(gè)簇-熱沙漠，冷沙漠和由草原，森林和苔原組成的綠色生物群落。與以前的研究一致，這些聚類反映了土壤pH值的相似性。
該樹(shù)根據(jù)淡水和海水生物群落對(duì)水生宏基因組數(shù)據(jù)集的樣本進(jìn)行聚類。在熱液噴口內(nèi)和周圍發(fā)現(xiàn)了大量的Epsilonprote細(xì)菌，例如降低硫的彎曲桿菌，隨著與噴口的距離增加，豐度逐漸減少。在海水簇中，有三個(gè)基于地理位置的子簇，以及基于樣本深度的分支的進(jìn)一步差異。淡水樣本根據(jù)湖泊和溫泉生物群落進(jìn)行亞聚類。
宏基因組樹(shù)與各種環(huán)境因子的樹(shù)狀圖相似，包括氧化還原電位、釩離子、硫酸鹽濃度以及總氮、全有機(jī)氮、溶解有機(jī)氮和顆粒有機(jī)氮。在溫泉的高度渾濁或透明區(qū)域分別發(fā)現(xiàn)了好氧，硫代謝的Crenachaeota和厭氧Aquificae。
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