天然菌群在系统发育和代谢上是多样化的，本研究整合了来自1千多例海水样本的2万多例重组基因组草图和1万多例来自培养、单细胞的微生物基因组，建立含3万多例微生物基因组的海洋微生物组学数据库（OMD）。基于OMD发现约4万个新的推测的生物合成基因簇。为进一步研究海洋菌群及其生物合成潜力提供了重要基础。

英文标题：Biosynthetic potential of the global ocean microbiome

中文标题：全球海洋微生物组的生物合成潜力

发表期刊：Nature

影响因子：49.962

发表时间：2022年06月22日

1. 海洋菌群的系统进化多样性

重建的共26,293个MAG（宏基因组组装基因组）补充了大量新的基因组信息。与仅基于SAG（单细胞测序组装基因组，GORG库）或MAG（GEM库）的结果相比，OMD将海洋菌群的比对率提高了2-3倍。且MAG、SAG和REF（可培养细菌参考基因组）在捕获海洋菌群的多样性方面具有高度互补性。

2. 海洋菌群的生物合成潜力

共39,055个BGC（生物合成基因簇）聚集成6,907个GCF（基因簇家族）和151个GCC（基因簇氏族）。3,861个（56%）GCF与RefSeq不重叠，将GCF与计算预测 (BiG-FAM)和实验验证 (MIBiG) BGC进行比较，发现3,861个新的GCF。并且发现一种未知菌（Ca. Eudoremicrobiaceae）呈现出最高的生物合成多样性。

3. 富含BGC的未知菌科（Ca. Eudoremicrobiaceae）
 

 Ca. Eudoremicrobiaceae科的5个基因组构建进化树，其在进化关系上接近，且在BGCs数量和基因组大小上均与其他菌有明显差异，这5个基因组共享7个核心BGCs，且其BGCs表达水平在真核生物富集部分最高，可能与颗粒物质、浮游生物相互作用有关。研究还发现其成员普遍存在于大多数海洋盆地及整个水柱中。

4. 揭示新酶和天然产物

在不同的BGC类别中RiPP途径具有丰富的多样性，研究选择了两个Ca. Eudoremicrobium的RiPP BGC，基于它们与任何已知BGC的差异而被预测会产生新的代谢物：第一个RiPP途径负责磷肽素的生物合成，最终合成磷酸化产物；第二个RiPP途径产生proteusin类产物，此外首次在RiPP途径中发现FkbM O-甲基转移酶。

本文展示了微生物的生物合成潜力及其在全球海洋微生物组中的基因组背景，通过将数据公开来促进未来的研究。研究只有通过重建MAG和SAG才能获得其大部分新的基因组和功能，尤其是在未充分探索的菌群中，这一结论可以指导未来的生物勘探工作。

参考文献：

Lucas P, et al., Biosynthetic potential of the global ocean microbiome. Nature. 2022.