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Dec 03, 2023

기수 적응 SAR11 서브클레이드 IIIa의 생태생리학 및 유전체학

ISME 저널 17권,

ISME 저널 17권, 620~629페이지(2023)이 기사 인용

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Pelagibacterales 목(SAR11)은 전 세계 해양에서 가장 풍부한 종속 영양 박테리오플랑크톤 그룹이며 독특한 시공간 분포를 가진 여러 하위 군체로 구성됩니다. 서브클레이드 IIIa는 기수역의 주요 SAR11 그룹이며 지배적인 담수 IIIb(LD12) 서브클레이드와 공통 조상을 공유합니다. 기수 환경에서의 우세에도 불구하고 하위 계통군 IIIa에는 체계적인 게놈 또는 생태학적 연구가 부족합니다. 여기에서 우리는 현재까지 서브클레이드 IIIa에 대한 가장 포괄적인 범유전체학 연구를 위해 새로운 IIIa 분리주, 샌프란시스코 만(SFB)의 새로운 IIIa MAGS 및 460개의 매우 완전한 공개 SAR11 게놈의 폐쇄 게놈을 결합합니다. Subclade IIIa는 염도와 관련된 독특한 생태적 분포를 갖는 3개 속(하위 그룹 IIIa.1, IIIa.2 및 IIIa.3으로 표시됨)을 포함하는 분류군을 나타냅니다. 서브클레이드 IIIa 내에서 분류군 선택의 확장은 또한 글리신/세린 프로토트로피, 모자이크 글리옥실레이트 션트 존재 및 폴리하이드록시알카노에이트 합성 잠재력과 같은 다른 SAR11 서브클레이드와 비교하여 서브클레이드 IIIa에서 이전에 언급된 대사 차별화를 확립했습니다. 우리의 분석은 IIIa 내의 하위 그룹 간의 대사 유연성을 추가로 보여줍니다. 또한, 우리는 서브클레이드 IIIa.3이 호환 가능한 용질 수송, 철 활용 및 중탄산염 관리 잠재력에 대한 잠재력을 기반으로 해양 및 담수 클래드를 연결한다는 것을 발견했습니다. 순수 배양 실험을 통해 IIIa.1 및 IIIa.3의 차등 염분 범위를 검증하고 자세한 IIIa 세포 크기 및 부피 데이터를 제공했습니다. 이 연구는 서브클레이드 IIIa의 게놈, 생태학적, 생리학적 분화와 SAR11의 전반적인 진화 역사를 이해하는 데 중요한 진전입니다.

SAR11 계통군(Pelagibacterales)은 전 세계 해양 표면에 존재하는 종속 영양 박테리아의 최대 40%를 구성하는 다양한 박테리오플랑크톤 목입니다[1, 2]. 계통군은 그룹의 계통발생 구조에 해당하는 전 세계 수역에서 고유한 시공간 분포를 나타내는 여러 하위 계통을 포함합니다[1, 3]. SAR11에 대해 알려진 것의 대부분은 잘 특성화된 HTCC1062 및 HTCC7211 계통을 포함하여 하위 분기군 Ia에서 유래합니다[4,5,6]. Ia 내의 이러한 유기체 및 기타 게놈에 초점을 맞춘 연구는 SAR11을 특정 영양 요구 사항[10], 간단한 조절 시스템[7, 11, 12], 주요 아미노산에 대한 영양 요구를 갖춘 표준 게놈 유선형 빈영양 해양 종속 영양 생물[7,8,9]로 정의했습니다. 산과 비타민 [13, 14], 외부 영양분 농도에 따른 동화 또는 에너지를 위한 탄소 흐름의 분배 [15], 밀접하게 관련된 집단 내에서 선택을 정화하는 민감도 [16]. 비Ia SAR11 서브클레이드에 대한 연구는 추가적인 서브클레이드별 게놈 적응 및 생물지리학의 증거를 제공했습니다. 예를 들어, 서브클레이드 Ic에는 아미노산 조성, 유전자간 스페이서 크기 증가, 수심에 대한 적응 가능성이 있는 세포벽 구성 요소를 암호화하는 유전자와 같은 미묘한 게놈 변화가 포함되어 있습니다[17]. 일부 하위 클레이드 II 및 Ic 구성원은 산소 최소 영역에서 질산염 감소를 위한 유전자를 보유하여 SAR11에서 조건적 혐기성 대사의 첫 번째 증거를 제공합니다[18]. 담수 LD12/IIIb 서브클레이드가 최근 재배되었으며 낮은 기수 염도에서의 성장과 삼투압 조절 유전자의 손실은 담수 생태계에 SAR11 적응에 대한 가설을 제공합니다[19, 20].

담수 LD12/IIIb 그룹[3, 19](이하 LD12)과 가장 최근의 공통 조상을 공유하는 또 다른 중요한 SAR11 하위 계통인 IIIa는 해양에서 SAR11의 진화적 전환을 연구하는 핵심 그룹임에도 불구하고 상대적으로 거의 주목을 받지 못했습니다. 신선한 물에. 현재까지 HIMB114(HI 오아후 해안에서 분리됨[8])와 IMCC9063(노르웨이 스발바르 해안에서 분리됨[21])이라는 두 가지 분리체가 보고되었지만 이러한 체계적 연구가 부족하다고 IIIa의 관련성을 나타내지는 않습니다. 글로벌 수생 시스템에서. IIIa는 기수에서 가장 풍부한 SAR11 서브클레이드이며 그 분포는 염분도와 계통발생적 위치에 따라 다르며 두 개의 기본 가지가 두 개의 분리체와 해당 게놈으로 표시됩니다[22, 23]. 발트해 조사에서 SAR11의 IMCC9063 유형은 기수(염도 < 10)에서 더 풍부한 대표자였으며 HIMB114 유형은 기수에서 해양 염도가 높은 곳에서 가장 높았습니다[22]. SAR11 IIIa의 여러 운영 분류 단위(OTU)가 ~10 이상의 염도에 의해 생태학적으로 분리된 멕시코만 북부 하구에서도 비슷한 경향이 나타났습니다[23]. 샌프란시스코 만(SFB)에서 16S rRNA 유전자 앰플리콘 OTU 기반 연구에서도 중염분 염도에서 하위 계통군 IIIa가 우세한 것으로 나타났습니다[24]. 추가적으로, IIIa의 확립된 두 가지 분지는 극지 대 온대 해역에서 수온과 위도에 의해 분리되었습니다[25]. 환경 분포에 따른 틈새 분리의 증거에도 불구하고 이들 유기체의 온도 및 염분 내성은 실험적으로 테스트되지 않았습니다.