嗜碱蓝细菌PNNL-SSL1的宏基因组组装基因组

《Microbiology Resource Announcements》：Metagenome-assembled genome of the alkaliphilic Cyanobacterium sp. PNNL-SSL1

本研究从美国 Soap Lake 分离嗜碱蓝藻 PNNL-SSL1，通过宏基因组测序和组装获得高质量基因组（3,073,714 bp，N50=82,559），含2,779个CDS， completeness 97.18%。证实其可利用大气CO2生产生物量，降低成本。

　　

摘要

微藻和蓝细菌是燃料、化学品和生物产品的有前景的来源，但二氧化碳（CO₂的供应增加了生产成本。我们展示了从美国华盛顿州的 Soap Lake 获取的嗜碱型蓝细菌 Cyanobacterium PNNL-SSL1 菌株的宏基因组组装基因组。PNNL-SSL1 在仅使用大气中的 CO₂ 时显示出强大的生物质生产潜力，从而降低了培养成本。

公告

包括蓝细菌在内的微藻生物质是石油的潜在替代品（1–3）。大规模培养微藻的一个限制是提供足够的浓缩形式的 CO₂，这可能导致较高的生产和运输成本（2, 3）。由于通过碳酸氢盐-碳酸盐缓冲系统可以提供大量的无机碳，因此研究了嗜碱型微藻（2–5）。在这里，我们展示了一种来自天然碱性生态系统（美国华盛顿州 Soap Lake，坐标 47°23′36″ N, 119°29′05″ W，pH 约为 10，无机碳浓度约为 100 mmol/L）的嗜碱型蓝细菌 Cyanobacterium PNNL-SSL1 菌株的线性宏基因组组装基因组（MAG）。研究表明，PNNL-SSL1 仅依靠大气中的 CO₂ 就具有很高的生物质生产潜力（3）。

PNNL-SSL1 的宏基因组组装过程

PNNL-SSL1 的宏基因组是通过测序两个以 PNNL-SSL1 为主导的外源培养物 SSL1-A 和 SSL1-B 的宏基因组获得的。这些外源培养物在 NCMA Spirulina 培养基中（7）于约 22°C 的温度下，在 450 μmol/m²/s 的光照强度下培养，光照周期为 12 小时光照：12 小时黑暗，并每周稀释以维持活跃生长。从每个培养物中取约 150 μL 的细胞沉淀物，重新悬浮在 150 μL 的 2× DNA/RNA Shield 缓冲液（Zymo Research, USA）中，并储存在 –80°C。使用 ZymoBIOMICS DNA Kit（Zymo Research）提取 DNA，通过 NanoDrop 分光光度计（Thermo Scientific）进行定量，然后发送到 Joint Genome Institute (JGI)。在 JGI，使用 KAPA Biosystems HyperPrep 文库试剂盒（Roche）制备插入片段大小为 200–300 bps 的文库，并在 Illumina NovaSeq S4 平台上进行测序，获得了 150-bp 的双端读段（SSL1-A 有 331,537,726 个读段；SSL1-B 有 528,729,554 个读段）。从 JGI 基因组门户下载的测序读段经过过滤后，使用 MEGAHIT（v1.2.9）进行共组装（8）。使用 KBase 的 CONCOCT（v1.1）和 MetaBAT2（v1.7）对组装后的 contigs 进行分箱，并使用 DAS-Tool（v1.1.2）进行优化（9–11）。使用 Anvi’o 平台（v7.1）进行手动分箱，并根据每个分箱中单拷贝核心基因的拷贝数估计完整性及冗余度（12）。将分箱后的 contigs 组装成 MAG，并使用 PROKKA（v1.14.5）进行注释（13），并根据 Anvi’o 中的覆盖度计算属级别的相对丰度。分类鉴定使用 KBase 的 GTDB-Tk（v2.3.2）完成（14）。软件包使用的是默认参数。