共生脂肪酸降解菌Syntrophomonas curvata GB8-1T的全基因组序列

该菌株能协同代谢C4-C18脂肪酸并依赖氢营养型伙伴，基因组分析揭示其含2921个蛋白编码基因及β-氧化酶多同源体、氢化酶、EMO复合体等关键代谢模块，支持无外源电子受体的逆向电子传递。

　　

摘要

共生脂肪酸降解菌 Syntrophomonas curvata 菌株 GB8-1^T 来自厌氧颗粒污泥，当与合适的氢化能细菌共培养时，能够代谢 C4–C18 脂肪酸。完整的基因组序列数据揭示了在外源电子受体缺失的情况下，这种菌在热力学限制条件下分解脂肪酸化合物的机制。

公告

Syntrophomonas 属细菌属于 Syntrophomonadaceae 科，参与自然和人为厌氧环境中的生物质循环利用，这些环境中外源电子受体有限（1, 2）。这种共生微生物过程在遗传学和生化层面尚未得到充分理解。Syntrophomonas curvata GB8-1^T（=DSM 15682^T）是从中国北京一个采用肉豆蔻酸作为唯一碳源和能源的上流式厌氧污泥床（UASB）反应器中分离得到的（3, 4）。这种革兰氏阴性细菌在与合适的氢化能细菌（如 Methanobacterium formicicum DSM 1535^T）共培养时，可以生长在直链脂肪酸（C4–C18）上（3）。

S. curvata GB8-1^T 来自 DSMZ 并被保存在 McInerney 实验室的菌株库中。它被培养在含有 20 mM 肉豆蔻酸的矿物盐培养基（DSMZ 培养基 213）中，直至对数生长期后期（3, 4）。DNA 的提取按照 Zymo D4081 Quick-DNA Magbead Plus 套件的制造商说明进行。DNA 使用 g-Tubes（Covaris，产品编号 520079）在 Eppendorf 5424 离心机中以 3,000 × g 的离心力离心 60 秒，共离心 3 次，然后根据制造商的协议进行片段化处理。剪切后的 DNA 平均大小通过 TapeStation-Agilent Technologies 的基因组 DNA 测定试剂盒计算，用于构建基因组文库。剪切后的 DNA 根据 PacBio 的建议使用 AMPure PB 珠子进行浓缩（PacBio-Multiplexed 微生物文库构建试剂盒 2.0，版本号 101-696-100，2020 年 7 月 7 日）。文库制备按照 PacBio 的协议进行。DNA 测序使用 PacBio Sequel IIe 平台完成，生成了 56,620 个原始读段。使用 Lima v2.9.0（https://github.com/pacificbiosciences/barcoding）进行去多重化和接头修剪。所有读段随后使用 Canu v2.2（5）进行组装。组装后的基因组进一步使用 Circlator v1.5.5（6）进行优化，以识别环状 contig、去除冗余的非环状 contig 并将环状 contig 重新排序，使其以 dnaA 作为起始序列。完整性检查使用 CheckM v1.0.18（7）进行，N50 质量通过 Assembly stats v1.01（https://github.com/sanger-pathogens/assembly-stats）确定。基因组 ORF 的鉴定和注释使用 NCBI PGAP v6.10（8）完成。所有工具均使用默认参数运行。

S. curvata GB8-1^T 基因组的特性如 表 1 所示，包含一个总长度为 3,228,016 bp 的环状 contig，其中包含三个 rRNA 操作子。

表 1

表 1 Syntrophomonas curvata GB8-1 ^{T 基因组信息}

>覆盖度 >原始读段数量 >高质量读段数量 >N50 质量值（bp） >完整性 >16S rRNA 相似性 >分离来源 >处理啤酒废水的 UASB 反应器 >位置 >中国北京清华大学 >NCBI 分类学 ID >DSM 编号

特征	基因组值
拓扑结构	环状
大小（bp）	3,228,016
GC%	47.70%
蛋白质编码基因	2,921
16S rRNA 数量	3
tRNA 数量	48
35.97%
56,620
8,730
3,228,016
99.83%
99.55–99.59%
231025
15682T

^a

基因组 16S rRNA 与已发表的 16S rRNA 序列（访问号 NR_025752.1）的相似性通过 NCBI BLASTN 2.17.0+ 确定（9）。该范围表示三个基因组序列之间的差异。

S. curvata GB8-1^T 的基因组包含多种 β-氧化酶的旁系基因，这些酶能够催化脂肪酸的活化及其代谢为乙酸，表明该菌具有降解多种脂肪族有机酸化合物的能力（1, 2）。此外，该菌还拥有多个氢化酶和甲酸脱氢酶基因簇，可用于将质子和电子以氢气或甲酸的形式释放。同时，该菌还含有膜结合电子转移黄素蛋白-甲基萘醌氧化还原酶（EMO）基因，这种酶能够催化涉及酰基-CoA 氧化的热力学上较为困难的逆向电子转移反应（10, 11）。

致谢

本研究得到了美国国家科学基金会（NSF）项目编号 NSF 1911781 和能源部（DOE）BER 奖项 DE-FC02-02ER63421 的支持，项目资助方为 UCLA 的 DOE 基因组学与蛋白质组学研究所。

我们感谢 UCLA 定量与计算生物学研究所（QCB）提供的资源支持。