研究揭示了DNA甲基化在海洋微生物群落中的作用

DNA甲基化是一种生物过程，通过该过程将甲基添加到DNA(遗传物质)中。它被用作表观遗传，即原核生物的一种非遗传策略，以执行一系列功能，例如基因调节、修复和使用限制性修饰(RM)系统保护免受病毒入侵，这些系统起到原核免疫系统的作用。

直到最近，与DNA甲基化相关的研究仅限于可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认识不足。因此，必须对环境微生物进行全基因组表观遗传学研究，尤其是那些不能在实验室培养但只能在自然条件下茁壮成长的微生物。

为此，由韩国中央大学WooJunSul教授和韩国MacrogenInc.的HoonJeSeong博士领导的一组研究人员探索了海洋微生物不同成员之间DNA甲基化模式的差异西北太平洋的社区。

他们的研究发表在Microbiome上。

“[深入]DNA甲基化项目始于2014年，随着长读长测序仪的发布。这激发了我们的好奇心，我们想将其应用于微生物生态学。因此，我们使用宏基因组学方法探索DNA甲基化一个社区而不是一个有机体水平，”Sul教授在讨论他们研究背后的动机时说。

这场喧嚣始于2015年，当时韩国极地研究所发起了大型船载极地观测(SHIPPO)项目。它涉及从太平洋西北地区到白令海的10个不同站点的海洋表面样本中过滤掉微生物。

该团队从这些捕获的标本中提取DNA，并使用短读长和长读长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(MAG)。

经过进一步分析，该团队惊讶地发现，近95%的已测序proMAG属于无法使用现有基因组数据库进行分类的新类群。“这一发现清楚地证明了这项技术的潜力，以及它如何为无法培养的海洋微生物的基因组提供新的见解，”Sul教授解释说。

接下来，该团队使用这种方法来探索SHIPPO数据库中确定的基因组所表达的DNA甲基转移酶(MTase)酶类的多样性。

他们发现MTaseII是在这些生物体中表达的最常见的MTase类别。有趣的是，由于没有限制酶，大多数proMAG缺乏完整的RM系统。此外，对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Alphaproteobacteria中发现了独特的甲基化模式。

接下来，该团队使用单分子实时(SMRT)测序来观察Pelagibacter的甲基化模式。他们甚至在“菌株水平”发现了细菌甲基化谱的异质性。这意味着动态细胞事件发生在西北太平洋表层水中的Pelagibacter内。

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。该团队发现Cand中存在不均匀的甲基化模式。P.GiovannoniNP1基因组，表明该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。

Sul教授说：“除了确定显示实际致病性的菌株的甲基化模式的研究外，我们的研究还有助于发现候选目标以防止环境中的致病性。这对全球公共卫生系统非常重要，因为它可以检测致病信号威胁人类健康。”