《Applied and Environmental Microbiology》：Fermentation conditions outweigh phylogeny in shaping the metabolome of novel Micromonospora strains: an integrated genomics-metabolomics analysis
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本研究通过整合基因组学与代谢组学分析，揭示了发酵条件对小单孢菌属（Micromonospora）新菌株代谢组的塑造作用远超系统发育关系的影响。研究发现了该属核心生物合成能力（BGCs）与系统发育的正相关性，以及代谢谱与遗传潜力的解耦现象，强调了探索新菌株和应用多样化培养策略在天然产物发现中的价值。
系统发育关系
基于16S rRNA序列比对和系统发育分析，15株分离菌株被归类为小单孢菌属。全基因组测序和平均核苷酸一致性（ANI）分析显示，其中8株菌的ANI值低于95%的新种界定阈值，数字DNA-DNA杂交（dDDH）值也低于70%，证实它们代表4个新物种。系统发育树将107个小单孢菌基因组分为7个进化枝，分离菌株分布于其中5个枝，表明其具有显著的 phylogenetic 多样性。
小单孢菌属的生物合成潜力分析
对107个小单孢菌基因组的生物合成基因簇（BGCs）注释共识别出2106个BGCs。萜类（Terpene）占比最高（22.6%），其次为核糖体合成和翻译后修饰肽（RiPPs，12.9%）、非核糖体肽合成酶（NRPS，12.7%）、其他聚酮合酶（Other PKSs，11.7%）、PKS-NRP杂合（9.5%）和I型PKS（8.9%）。BGCs在不同系统发育枝的数量存在显著差异，特别是在I型PKS、其他PKSs、PKS-NRP杂合等类别中。基因簇家族（GCFs）网络分析显示萜类BGCs聚类紧密。BGCs与已知天然产物数据库的相似性普遍较低（≤50%的BGCs占83.6%），表明该属拥有高度新颖的生物合成资源。随机森林模型显示，系统发育分组（R2= 0.843）对BGCs多样性的解释力远高于分离来源分组（R2= 0.239）。15株分离菌株共鉴定出306个BGCs，其类别分布与属整体特征相似。部分分离株的BGCs与已知生物活性化合物（如Loxoribicin A1/A2、Rakicidins A/B、Diazaquinomycins H/J）的参考BGCs形成相似网络。
小单孢菌属的泛基因组和生物合成基因分布
对107个基因组的泛基因组分析显示，核心基因平均为1632个，附属基因平均为4357个，独特基因平均为327个。附属基因占比最高（平均67.0%）。按分离来源分组分析，基因组数量较多的组（土壤、宿主）核心基因较少而附属基因较多；基因组数量较少的组（水体、沙漠）则核心基因较多而附属基因较少。生物合成基因（BGs）在泛基因组中的分布显示，萜类和其他PKSs BGs占主导（核心基因中分别占35.6%和31.2%）。N-乙酰谷氨酰谷氨酰胺酰胺（NAGGN）BGs在核心基因中比例较高（6.0%），可能与渗透压应激适应有关；非核糖体肽铁载体（NI-siderophore）BGs则在附属基因中比例较高（2.3%）。核心基因中的BGs平均相似性（36.1%）高于附属基因（27.7%）和独特基因（25.9%）。
小单孢菌分离株的代谢组学特征
对15株分离株在GYM和V-22两种液体培养基中发酵产物进行UPLC-QTOF-MS/MS非靶向代谢组学分析，基于高质量特征构建了特征分子网络（FBMN）。网络中包含650个具有MS/MS碎片离子对的特征，按天然产物途径分类为：生物碱（35.8%）、氨基酸和肽（25.2%）、脂肪酸（18.0%）、碳水化合物（3.8%）、萜类（1.7%）、聚酮化合物（1.5%）、莽草酸和苯丙素类（0.9%），以及未知物（12.9%）。通过CSI:fingerID预测并与PubChem数据库比对，鉴定出12种已知功能分子，如去氧果糖嗪、烯丙普利拉、诺孕酮醋酸酯等。其中诺孕酮醋酸酯（化合物4）和3,5-二羟基-4',7-二甲氧基黄酮（化合物11）为已知分子。发现了20个与萜类和聚酮类途径相关的特征。
小单孢菌系统发育、生物合成基因和代谢物之间的关系
基于Jaccard（BGs）和Bray-Curtis（代谢物）相异指数构建的层次聚类树与基因组系统发育树进行比较。BGs树与系统发育树相关性最高。代谢物树与系统发育树、BGs树与代谢物树之间均无显著相关性。系统发育距离与BGs距离呈显著正相关（R2= 0.63），但与代谢物距离无显著相关性。主坐标分析（PCoA）显示，代谢物数据仅在培养基分组水平形成显著聚类。随机森林模型表明，基于培养基分组的模型（R2= 0.867）解释力远高于基于系统发育（R2= 0.327）和分离来源（R2= 0.126）的模型。因此，小单孢菌分离株的系统发育关系与BGs显著相关，但代谢组数据与基因组系统发育和BGs均存在解耦，培养条件对代谢表型起主导作用。
讨论
本研究综合评估了小单孢菌属的生物合成潜力，揭示了其BGCs的多样性和新颖性。泛基因组分析明确了该属生产萜类和聚酮类次级代谢产物的核心生物合成特征，附属和独特基因则反映了菌株特异性适应。多组学分析证实了系统发育与生物合成潜力之间的相关性，但代谢组的表达主要受培养条件调控，凸显了实验室发酵在实现基因组潜力方面的瓶颈。研究强调了探索新菌株、优化培养策略（如OSMAC方法）以及整合多组学数据对于充分挖掘小单孢菌天然产物资源的重要性。
