DNA甲基化在海洋微生物群落中的作用

在原核生物中，DNA甲基化已被广泛研究。然而，这些研究大多局限于实验室培养的微生物，对自然微生物环境中的DNA甲基化了解有限。韩国中央大学的科学家们现在进行了一项元表观基因组分析，以研究DNA甲基化在西北太平洋海洋微生物中的作用。这些发现可能有助于早期发现危害人类健康的致病信号。

　　

   

   

图片:由中央大学的Woo Jun Sul教授领导的研究揭示了DNA甲基化模式与西北太平洋海洋微生物组的生态变化和病毒-宿主动力学有关。    

DNA甲基化是甲基被添加到DNA(遗传物质)上的生物过程。它被用作一种表观遗传，即原核生物的一种非遗传策略，用于执行一系列功能，如基因调节，修复和使用限制修饰(RM)系统抵御病毒入侵，其功能为原核免疫系统。直到最近，与DNA甲基化相关的研究一直局限于可以在实验室环境中培养的微生物。这导致人们对其在微生物生态学中的作用知之甚少。因此，有必要对环境微生物进行全基因组的表观遗传学研究，特别是那些不能在实验室培养而只能在自然条件下茁壮成长的微生物。

为此，韩国中央大学的Woo Jun Sul教授和Hoon Je Seong博士(目前来自Macrogen Inc.)领导的研究团队探索了西北太平洋海洋微生物群落不同成员DNA甲基化模式的差异。

“随着长读测序仪的发布，深度DNA甲基化项目在2014年才开始。 这激发了我们的好奇心，我们想把它应用到微生物生态学中。因此，我们使用宏基因组学的方法来探索社区而不是生物体水平上的DNA甲基化，Sul教授在讨论他们研究背后的动机时说。

这种忙碌始于2015年，当时韩国极地研究所启动了大规模的船载极地观测(SHIPPO)项目。该研究涉及从太平洋西北部到白令海的10个不同站点的海洋表面样本中过滤微生物。

研究小组从这些捕获的标本中提取DNA，并使用短读和长读测序仪进行宏基因组测序。然后使用计算分析对这些序列进行比对，生成大量15,056个病毒(v)， 252个原核(pro)， 56个巨型病毒(gv)和6个真核(eu)宏基因组组装基因组(MAGs)。经过进一步分析，研究小组惊讶地发现，近95%的测序promag属于新的分类群，无法使用现有的基因组数据库进行分类。”这一发现清楚地展示了这项技术的巨大潜力，以及它如何为不可培养的海洋微生物的基因组提供新的见解Sul教授解释道。

接下来，研究小组使用这种方法探索了SHIPPO数据库中鉴定的基因组表达的DNA甲基转移酶(MTase)酶类的多样性。他们发现MTase II是在这些生物体中表达的最常见的MTase类别。有趣的是，由于缺乏限制性内切酶，大多数promas缺乏完整的RM系统。此外，在海洋微生物组中甲基化基序的鉴定揭示了独特的DNA甲基化模式，最终导致在海洋中发现了独特的甲基化剖面Alphaproteobacteria．

接下来，研究小组使用单分子实时测序(SMRT)来观察甲基化模式Pelagibacter． 他们发现，即使在“菌株水平”，这种细菌的甲基化特征也存在异质性。这意味着动态细胞事件发生在内部Pelagibacter在西北太平洋的表层水域

对细菌和病毒基因组的比较分析也为它们的进化模式和相互作用提供了线索。研究小组发现在Cand中存在不均匀的甲基化模式。P。 Giovannoni NP1基因组，表明这种细菌使用的潜在防御机制。

这些发现已经为元表观基因组学的新时代铺平了道路，元表观基因组学直接测量环境微生物的甲基化。同时研究各种生物的表观基因组的潜力是深远的，正如Sul教授所推测的那样，

“除了研究确定具有实际致病性的菌株的甲基化模式外，我们的研究还有助于发现预防环境致病性的候选靶点。通过检测威胁人类健康的致病信号，这对全球公共卫生系统具有极其重要的意义”。

文章标题

Marine DNA methylation patterns are associated with microbial community composition and inform virus?host dynamics