从石油储层中分离出的一种嗜热Fe(III)还原菌Petrotoga sp. DB-2的基因组序列草图

《Microbiology Resource Announcements》：Draft genome sequence of Petrotoga sp. DB-2, a thermophilic Fe(III)-reducing bacterium isolated from a petroleum reservoir

产热严格厌氧Fe(III)还原菌Petrotoga sp. DB-2分离自阿联酋Fateh油田Mishrif储层，其基因组（2179419 bp，113条contig）显示高覆盖率（445×）和33.96% GC含量，包含2141个基因，与P. mexicana（ani 97.7%）亲缘关系最近，但缺乏典型Fe(III)还原系统，主要依赖发酵代谢及多种氧化还原酶完成产热Fe(III)还原，为研究深部地下Fe(III)还原机制提供新资源。

　　

摘要

Petrotoga sp. DB-2 是一种嗜热、严格厌氧的 Fe(III) 还原细菌，从阿拉伯联合酋长国的 Fateh 油田中分离得到。该细菌的基因组草图长度为 2,179,419 bp，GC 含量为 33.96%，包含 2,141 个基因。这一基因组为未来研究深部地下环境中的 Fe(III) 还原机制提供了重要信息。

公告

Fe(III) 还原细菌在厌氧生态系统中起着重要作用，这些生态系统通常以碳氢化合物、高盐度以及变化的温度和压力为特征（1, 2）。尽管人们已经认识到它们的存在（3），但与其他厌氧菌（如硫酸盐还原菌 4）相比，Fe(III) 还原菌在这些环境中的作用仍知之甚少。本研究的目的是阐明 Fe(III) 还原菌的分子机制及其在深部地下环境中的作用。

DB-2 菌株于 1996 年从位于阿拉伯联合酋长国波斯湾 Fateh 油田（坐标：25°36′47″ N, 54°26′35″ E）的 Mishrif 水库中采集的 2-L 生产水样本中分离得到。通过向 90 mL FRR 培养基中加入 10 mL 水（并添加 50 g/L NaCl）并在 60°C 下进行厌氧培养来富集该菌株。FRR 培养基的制备方法如前所述（3）。根据先前的方法（5），将菌株接种在 FRR 球蛋白琼脂上并在厌氧条件下进行分离。通过铁氰化物测定法（6）确认了其 Fe(III) 还原能力。随后对 Fe(III) 还原菌落进行传代培养，并测试其在无外加电子受体条件下的最佳生长温度和发酵能力。培养物保存在含有 30% 甘油的环境中（-80°C）。

为了进行基因组测序，将 DB-2 菌株从冷冻保存的细胞中复苏并在 FRR 培养基中培养 72 小时（60°C）。按照制造商的说明使用 Wizard Genomic DNA Purification Kit（A1120；Promega，美国）提取纯化 DNA。使用 Nextera DNA Flex Library Preparation Kit（20018705；Illumina，美国）制备短读长文库，每个文库的浓度为 2 nM。测序工作使用 NovaSeq 6000 平台和 SP Reagent Kit v1.5（Illumina）完成，采用 2 × 150 bp 的配对末端测序策略，共获得 7,782,290 个读长（总长度 990 Mbp）。读长质量通过 FastQC v0.12.0（7）进行评估。除非另有说明，所有软件均使用默认参数。使用 Trimmomatic v0.36.6（8）对读长进行质量筛选，保留最小质量分数为 Q20 的读长，最终得到 5,271,474 个高质量读长。序列组装使用 SPAdes v3.15.5（9）完成。Quast v5.3（10）和 BUSCO v5.8（11）用于评估基因组组装质量。蛋白质编码序列（CDSs）的预测通过 Prodigal 2.6.3（13）完成。系统分类鉴定利用 Orthologous ANI Tool (OAT) v0.93.1（14）和 Type Strain Genome Server (TYGS)（15）进行。

对 DB-2 菌株的 从头 基因组组装结果显示，其基因组大小为 2,179,419 bp。OAT 和 TYGS 分析表明，DB-2 与 Petrotoga mexicana DSM 14811（GenBank 登录号 GCA_002895565.1）的相似度最高，ANI 值为 97.7%，dDDH（d4）值为 79.8%。

表 1

表 1 Petrotoga sp. DB-2 的基因组组装与特征

特征	结果
基因组大小（bp）	2,179,419
覆盖度（x）	445
GC 含量（%）	33.96
基因组片段总数	113
长度大于 500 bp 的基因组片段数量	74
最长基因组片段（bp）	217,676
N50	60,301
L50	11
总基因数	2,141
编码序列	2,078
tRNA	48
rRNA	12
伪基因	19
CRISPR	1

DB-2 菌株在实验室条件下可在 55°C–60°C 的温度范围内进行发酵生长，并能还原 Fe(III)。其基因组编码多种电子转移蛋白，包括单血红素 c-型细胞色素和多种氧化还原酶，这些成分有助于 Fe(III) 的嗜热还原过程。未发现与中温菌（如 Shewanella 或 Geobacter）中已知的 Fe(III) 还原系统具有同源性的基因。此外，还鉴定出与乙酸、乳酸、丁酸、醇类及多种碳水化合物的发酵代谢相关的基因。

致谢

我们衷心感谢 Griffith 大学电子研究服务团队的支持。

作者感谢堪培拉大学微生物学研究部门在样本提供方面给予的帮助。