从日本一处温泉中分离出的Fervidobacterium gondwanense Kr-7的完整基因组序列

《Microbiology Resource Announcements》：Complete genome sequence of Fervidobacterium gondwanense Kr-7 isolated from a hot spring in Japan

嗜热菌Fervidobacterium gondwanense Kr-7（NBRC 117357）从日本富山温泉分离，基因组测序显示其含氢酶基因与产氢相关，系统发育分析确认属内亲缘关系，含淀粉酶和纤维素酶基因。

　　

摘要

Fervidobacterium gondwanense Kr-7菌株（NBRC 117357）是从日本富山县的一个温泉中分离出来的。该菌株能够发酵多种有机化合物，并产生CO₂和H₂作为最终产物。其基因组序列中包含多个与H₂生成相关的氢化酶基因。

公告

Fervidobacterium是一种属于Thermotogota门的革兰氏阴性、厌氧、嗜热细菌。它们是异养生物，能够发酵各种有机化合物（如碳水化合物或富含蛋白质的底物），并产生CO₂和H₂作为最终产物。

从日本富山县的Kuronagi温泉中采集的表层水样本在厌氧条件下保存了一周后，使用YT培养基（0.5% [w/v]酵母提取物、0.5% [w/v]色氨酸和0.1% [w/v] NaCl）在65°C下进行厌氧培养。在含有1.5%琼脂的YT平板上，从一个菌落中分离出一种杆状细菌，这种细菌为专性厌氧菌，最适生长温度为65°C（关于分离的详细信息请参见https://www.ncbi.nlm.nih.gov/biosample/SAMD00916350）。通过气相色谱法证实该菌株能够产生CO₂和H₂。本文介绍了F. gondwanense Kr-7菌株的完整基因组序列（以下简称Kr-7）。

基因组DNA是通过使用Genomic-tips（Qiagen）从在YT培养基中于65°C下厌氧培养24小时的细胞中提取的，并在日本生物工程实验室进行测序的。基因组DNA被g-TUBE（Covaris）切割成10–20 kbp的长度。使用SMRTbell Express Template Prep Kit 2.0和Sequel IIe（PacBio）进行文库构建和测序。共获得了32,093条HiFi读段（PacBio，v11.0.0.146107）。通过Filtlong（v0.2.0）移除了长度小于1,000个碱基的读段，剩余的27,010条读段使用Flye（v2.9）进行组装，从而获得了完整的基因组序列。使用CheckM（v1.2.3）进行基因组质量评估，结果显示完整性为99.20%，污染水平为1.97%。基因组信息总结在表1中。基因组的首个碱基对位置被设定在dnaA基因上游100 bp处。为了保证准确性，使用DDBJ Fast Annotation and Submission Tool（5）进行了功能注释，采用了两种不同的程序：MetaGeneAnnotator（6）和Prodigal（v2.6.3）（7）。核糖体RNA基因使用Barrnap（v0.8）（8）预测，转运RNA基因使用tRNAscan-SE（v2.0.6）（9）预测。该基因组包含2,002个蛋白质编码基因、6个rRNA、48个tRNA和4个CRISPR结构。

表1

表1 F. gondwanense Kr-7的基因组信息。

基因组特征	F. gondwanense Kr-7的数值
总序列长度（bp）	2,181,374
N50（bp）	2,181,374
基因组覆盖度（X）	114.3
GC含量（%）	39.7
CDS数量	2,002
平均蛋白质长度（aa）	333.2
编码比例（%）	91.7
rRNA数量	6
tRNA数量	48
CRISPR数量	4
登录号	AP041034

为了确认分类学归属，使用SINA（v1.2.12）网络服务（10）进行了基于16S rRNA的系统发育分析，结果显示与Fervidobacterium属成员的序列同源性为94.73%。使用PyANI（v0.2.10）中的ANIb选项进行了平均核苷酸同源性（ANI）分析（11），将Kr-7基因组与17个完整的和草图的Fervidobacterium基因组进行比较（图1）。Kr-7与F. gondwanense 13770和DSM 13020之间的ANI值分别为99.62%和98.79%（图1）。

图1

图1 18个Fervidobacterium基因组的平均核苷酸同源性（ANI）值热图。颜色条显示在热图的右侧。

作为能够利用淀粉或羧甲基纤维素的异养菌，Kr-7基因组中含有糖酵解相关基因以及多种淀粉酶（例如TPNKR7_14240和TPNKR7_18800）和一种内葡聚糖酶（TPNKR7_18210）。还鉴定出了用于H₂生成的[Fe-Fe]氢化酶基因（例如TPNKR7_03770），以及一组用于构建活性中心的成熟蛋白（H-簇）。

在属Fervidobacterium的超嗜热细菌中，经常报告水平基因转移现象（1，12）。Kr-7含有21个预测的转座子基因，其中19个属于IS110家族。

致谢

本研究部分得到了大阪发酵研究所（IFO，日本）的支持（资助编号LA-2024-005，资助对象为Kanai、Abe和Oshima），同时也得到了富山县立大学研究合作协会的资助（资助对象为Kanai）。