能够降解C4-8短链脂肪酸的Syntrophomonas erecta GB4-38T菌株和Syntrophomonas erecta subsp. sporosyntropha 5-3-ZT菌株的基因组

两种异养菌的基因组测序揭示其协同降解C4-C8短链脂肪酸的机制，基因组含氢化酶及β-氧化酶基因簇，支持无外源电子受体的厌氧代谢。

　　

摘要

我们报告了两种共生革兰氏阴性细菌的基因组序列：Syntrophomonas erecta GB4-38^T 和 Syntrophomonas erecta 亚种 sporosyntropha 5-3-Z^T，这两种细菌在与适当的耗氢微生物共培养时能够降解C4-C8短链脂肪酸。

公告

属于Syntrophomonadaceae科的属的这两种共生细菌只有在与适当的耗氢微生物共培养时才能利用C4至C8脂肪酸作为底物。这两种微生物必须相互协作，才能使脂肪酸代谢在热力学上变得有利，并实现能量守恒。Syntrophomonas erecta GB4-38^T是从处理豆腐厂废水的上流式厌氧污泥床反应器中分离得到的。Syntrophomonas erecta 亚种 sporosyntropha 5-3-Z^T则来自河流沉积物样本。这两种细菌均可以在添加了可发酵底物油酸酯的预还原矿物培养基中纯培养（3）。微生物的这种共生脂肪酸氧化过程在自然和人工环境中广泛存在，但其背后的遗传和生化机制仍不甚明了（4, 5）。这些新测序的基因组数据有助于我们更好地理解属的共生机制。

S. erecta GB4-38^T（=DSM 16215^T）和 S. erecta 亚种 sporosyntropha 5-3-Z^T（=JCM 13344^T）菌株来源于McInerney实验室的菌株库，按照先前描述的方法在37°C下使用油酸酯矿物盐培养基进行厌氧培养（3）。DNA提取使用Zymo D6060 Quick-DNA HMW Magbead Kit（美国加利福尼亚州尔湾市）并按照制造商说明进行；随后使用Covaris g-Tubes进行片段化处理（以7,000 rpm的速度通过g-Tube孔道处理4次）。剪切后的gDNA平均大小通过TapeStation 4200（美国加利福尼亚州圣克拉拉市）仪器进行检测。多重微生物文库的制备采用PacBio SMRTbell prep kit 3.0及SMRTbell条形码适配器3.0，按照PacBio协议进行（美国加利福尼亚州门洛帕克）。最终的全基因组文库未经过大小筛选，仅通过标准程序使用1× SMRTbell清洁珠进行纯化。DNA测序使用PacBio Sequel IIe平台完成。高质量读段通过Canu version 2.2组装（6），组装后的基因组进一步使用Circlator version 1.5.5进行处理，以识别环状contigs并去除冗余的非环状contigs。完整性检查使用CheckM version 1.0.18进行（8），N₅₀质量通过Assembly stats version 1.01确定（https://github.com/sanger-pathogens/assembly-stats）。基因组ORF的预测和注释使用NCBI PGAP version 6.10完成（9）。所有工具均使用默认参数。S. erecta GB4-38^T和 S. erecta 亚种 sporosyntropha 5-3-Z^T的基因组信息见表1。基因组的16S基因序列也与已发表的两种典型菌株的16S序列进行了比对（1, 2），结果显示两者高度一致（表1）。

表1

表1 S. erecta GB4-38^T 和 S. erecta 亚种 sporosyntropha 5-3-Z^T 的基因组信息

N₅₀（bp）中国北京

菌株	S. erecta GB4-38	S. erecta 亚种 sporosyntropha 5-3-Z
NCBI分类ID	264446	370896
菌株库ID	DSM 16215	JCM 13344
Contigs数量	1	1
基因组结构	环状	环状
基因组大小（bp）	2,650,366	2,736,411
GC%含量	43.2	40.6
基因组中GC%含量	42.78	42.88
蛋白质编码基因数量	2,434	2,557
16S rRNA数量	3	3
tRNA数量	48	48
覆盖度（×）	45.94	42.18
原始读段数量	212,536	39,596
高质量读段数量	11,540	13,318
2,650,366	2,736,411
完整性（%）	97.35	97.35
16S序列一致性（%）	99.74–99.94	99.54–100
分离来源	豆腐厂废水	河流沉积物
地点	中国北京

^a

S. erecta GB4-38^T的基因组16S序列的GenBank/EMBL/DDBJ登录号为AY536889.1，通过NCBI BLASTN 2.17.0+确定（10）。

^b

S. erecta 亚种 sporosyntropha 5-3-Z^T的基因组16S序列的GenBank/EMBL/DDBJ登录号为DQ086234.1，同样通过NCBI BLASTN 2.17.0+确定（10）。

这两种菌株的基因组包含多个编码氢化酶和甲酸脱氢酶的基因簇，以及参与逆电子转移反应的EMO（膜结合氧化还原酶）和电子传递因子蛋白的基因（5, 11, 12）。此外，这两种菌株还拥有多个β-氧化途径酶的旁系基因，用于代谢短链脂肪酸（4, 5）。

这些基因组序列将有助于我们了解在没有外加电子受体情况下厌氧化合物的降解机制，并为未来相关研究提供指导。

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，资助方为UCLA DOE研究所。

我们感谢UCLA定量与计算生物科学研究所（QCB）的支持。