本期美格导读为大家播报有关宏基因组的最新研究进展。
标题：Integration of polygenic and gut metagenomic risk prediction for common diseases
译名：整合多基因和肠道宏基因组风险预测常见疾病
作者：Yang Liu等
时间：2024-03-25
期刊：Nature Aging
影响因子：16.6
DOI：10.1038/s43587-024-00590-7
摘要
多组学在无创风险分析和各种常见疾病的早期检测方面显示出了前景。本研究在具有18年电子健康记录随访的前瞻性人群队列中，研究了基因组和肠道宏基因组风险评估与传统风险因素相比的增量和组合价值，以预测冠心病（CAD），2型糖尿病（T2D），阿尔茨海默病和前列腺癌。研究发现，多基因风险评分（PRSs）改善了对所有疾病的传统风险因素的预测。肠道微生物组评分提高了对CAD、T2D和前列腺癌的基线年龄的预测能力。与仅基于传统风险因素的模型相比，PRSs 、肠道微生物组评分和传统风险因素的综合风险模型对所有研究疾病的预测性能最高。目前的研究表明，整合的PRSs 和肠道宏基因组风险模型提高了对常见慢性病传统风险因素的预测价值。
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在一项基于人群的纵向队列研究中，与传统的风险因素相比，整合多基因风险评分和肠道微生物组改善了对心脏病、糖尿病、阿尔茨海默病和前列腺癌的预测。
标题：BASALT refines binning from metagenomic data and increases resolution of genome-resolved metagenomic analysis
译名：BASALT改进了宏基因组数据的分箱，提高了基因组解析宏基因组分析的分辨率
作者：Zhiguang Qiu等
时间：2024-03-11
期刊：Nature Communications
影响因子：16.6
DOI：10.1038/s41467-024-46539-7
摘要
宏基因组分箱是对各种生态系统中的未培养微生物进行基因组解析表征的一项重要技术，但由于分箱工具在充分恢复宏基因组组装的基因组（MAGs）方面效率低下而受到阻碍。本文介绍了BASALT用于对短读段和长读段测序数据进行分箱和优化。BASALT采用具有多个阈值的多个分箱器来产生初始分箱，然后利用神经网络来识别核心序列以去除冗余分箱并细化非冗余分箱。使用从宏基因组解释的关键评估（CAMI）数据集生成的相同组件，BASALT产生的MAGs是VAMB、DASTool或MetaWRAP的两倍。处理来自湖泊沉积物数据集的组件，BASALT产生的MAGs比MetaWRAP多30%，包括21个独特的纲水平原核谱系。功能注释表明，BASALT可以检索到的非冗余开放阅读框比MetaWRAP多47.6%。这些结果突出了BASALT的宏基因组测序数据的稳健处理。
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分箱是宏基因组组装基因组分析中的重要步骤，其中来自同一来源群体的组装重叠群被聚类。然而，这是具有挑战性的，特别是对于低丰度的微生物物种。在这里，作者介绍了一个工具包，该工具包集成了多个著名的分箱工具和人工智能，用于从短读长宏基因组测序数据集中高效、高分辨率地恢复非冗余分箱。
标题：Long-read powered viral metagenomics in the oligotrophic Sargasso Sea
译名：寡营养马尾藻海的长读长动力病毒宏基因组学
作者：Joanna Warwick-Dugdale等
时间：2024-05-14
期刊：Nature Communications
影响因子：16.6
DOI：10.1038/s41467-024-48300-6
摘要
马尾藻海的优势微生物是全球碳循环的关键驱动因素。然而，塑造微生物群落结构和功能的相关病毒尚未得到很好的表征。本研究结合了短读长和长读长测序技术，对病毒最大浓度（80米）和中层水域（200米）深度下的病毒和细胞组分别进行了马尾藻海噬菌体群落的调查。研究鉴定了来自186属的2,301个马尾藻海噬菌体种群。超过一半的噬菌体种群在全球海洋病毒宏基因组中缺乏代表性，而186个确定的属中有177个在噬菌体分离株的基因组数据库中缺乏代表性。病毒组分与细胞相关病毒群落的解耦表明，病毒周转发生在比采样期3天更长的时间段内。长读长数据的加入对于捕获病毒多样性的广度至关重要。通常被认为是普遍存在且数量丰富的优势细菌类群Prochlorococcus和Pelagibacter的噬菌体分离株的代表性较差。
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马尾藻海是一个天然实验室，用于了解海洋变暖的未来状况和相关的营养限制。在这里，作者结合了短读长测序和长读长测序来调查马尾藻海病毒群落。
标题：Genetic and functional diversity of β-N-acetylgalactosamine-targeting glycosidases expanded by deep-sea metagenome analysis
译名：深海宏基因组分析扩展的β-N-乙酰半乳糖胺靶向糖苷酶的遗传和功能多样性
作者：Tomomi Sumida等
时间：2024-05-10
期刊：Nature Communications
影响因子：16.6
DOI：10.1038/s41467-024-47653-2
摘要
含β-N-乙酰半乳糖胺的聚糖在多种生物过程中起着重要作用，包括细胞粘附、信号转导和免疫反应。β-N-乙酰半乳糖胺酶能够水解各种糖结合物中的β-N-乙酰半乳糖胺键。然而，它们的生物学意义仍然不明确，这主要是因为迄今为止仅记录了一种类型的酶，即特异性作用于β-N-乙酰半乳糖胺残基的exo-β-N-乙酰半乳糖胺酶。在本研究中，通过基于序列的深海宏基因组筛选和随后的公共蛋白质数据库搜索，鉴定了分布在生命三大域的四个群体，并且表征了八种β-N-乙酰半乳糖胺酶和β-N-乙酰己糖胺酶。尽管这些酶的序列相似性较低，但它们的晶体结构显示所有酶都共享一个原型结构，并通过突变和插入氨基酸序列的积累，使其底物特异性（寡糖释放、寡糖/单糖释放和单糖释放）多样化。本研究中报道的多种β-N-乙酰半乳糖胺酶有助于理解其结构和功能，并为扩展其底物特异性提供进化途径。
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通过深海宏基因组分析鉴定出4个β-N-乙酰半乳糖胺酶基因家族。上述酶的生化和结构表征揭示了其功能多样性和单系进化历史。
标题：Analysis of nearly 3000 archaeal genomes from terrestrial geothermal springs sheds light on interconnected biogeochemical processes
译名：对来自地热温泉的近3,000个古细菌基因组的分析揭示了相互关联的生物地球化学过程
作者：Yan-Ling Qi等
时间：2024-05-14
期刊：Nature Communications
影响因子：16.6
DOI：10.1038/s41467-024-48498-5
摘要
陆地地热温泉具有多种物理化学性质，拥有丰富的古细菌种群。然而，这些古细菌的多样性、功能和地质影响尚不清楚。本研究探讨了2016年至2021年收集的中国腾冲48个地热泉的152个宏基因组中古细菌的基因组多样性。本研究的数据集由2,949个古细菌宏基因组组装基因组组成，涵盖12个门和392个新鉴定的物种，这使得古细菌的已知物种多样性增加了约48.6%。古细菌群落的结构和潜在功能受温度和pH值的强烈影响，高温的酸性和碱性泉水比更有利于古细菌的丰度超过细菌。基因组解析的宏基因组学和宏转录组学提供了对这些古细菌的潜在生态位及其在碳、硫、氮和氢代谢中的潜在作用的见解。此外，该研究结果说明了古细菌在生物地球化学循环中竞争与合作的相互作用，这可能是由重叠的功能生态位和代谢传递引起的。综上所述，本研究扩大了栖息在地热泉中的古细菌的基因组多样性，并为更深入地研究地热生态系统中古细菌介导的生物地球化学过程奠定了基础。
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本研究中，作者从温泉中收集了近3000个古细菌基因组，捕捉了时间动态和环境多样性，并系统地探索了功能生态位和代谢传递，揭示了古细菌在生物地球化学循环中的作用。返回搜狐，查看更多