Targeting novel soil glycosyl hydrolases by combining stable isotope probing and metagenomics
Notice bibliographique
Résumé
Soil represents the largest global reservoir of microbial diversity for the discovery of novel genes and enzymes. Both stable-isotope probing (SIP) and metagenomics have been used to access uncultured microbial diversity, but few studies have combined these two methods for accessing the biotechnological potential of soil genetic diversity and fewer yet have employed functional metagenomics for recovering novel genes and enzymes for bioenergy or bioproduct applications. In this research, I demonstrate the power of combining functional metagenomics and SIP using multiple plant-derived carbon substrates and diverse soils for characterizing active soil bacterial communities and recovering glycosyl hydrolases based on gene expression. Three disparate Canadian soils (tundra, temperate rainforest and agricultural) were incubated with five native carbon (12C) or stable-isotope labelled (13C) carbohydrates (glucose, cellobiose, xylose, arabinose and cellulose). Sampling at defined time intervals (one, three and six weeks) was followed by DNA extraction and cesium chloride density gradient ultracentrifugation. Denaturing gradient gel electrophoresis (DGGE) of all gradient fractions confirmed the recovery of labeled nucleic acids. Sequencing of original soil samples and labeled DNA fractions demonstrated unique heavy DNA patterns associated with all soils and substrates. Indicator species analysis revealed many uncultured and unclassified bacterial taxa in the heavy DNA for all soils and substrates. Among characterized taxa, Salinibacterium (Actinobacteria), Devosia (Alphaproteobacteria), Telmatospirillum (Alphaproteobacteria), Phenylobacterium (Alphaproteobacteria) and Asticcacaulis (Alphaproteobacteria) were the bacterial “indicator species” for the heavy substrates and soils tested. Both Actinomycetales and Caulobacterales (genus Phenylobacterium) were associated with metabolism of cellulose. Members of the Alphaproteobacteria were associated with the metabolism of arabinose and members of the order Rhizobiales were strongly associated with the metabolism of xylose. \nAnnotated metagenomic data suggested diverse glycosyl hydrolase gene representation within the pooled heavy DNA. By screening only 2876 inserts derived from the 13C-cellulose heavy DNA, stable-isotope probing and functional screens enabled the recovery of six clones with activity against carboxymethylcellulose and methylumbelliferone-based substrates.
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Comment cette classification a été obtenuedéplier
Prédiction machine sur la base complète
Imitation des enseignantsNi prévalence calibrée, ni vérité terrain. Validation humaine à venir. Le volet Gemma est une étiquette directe du modèle pour chaque travail de la base, lue sur la notice réduite au titre. Le volet Codex est un classifieur appris des 10 348 étiquettes directes de Codex et calibré sur les taux pondérés de l'échantillon; les champs sans appui suffisant ne portent aucun appel Codex. Le mode candidate est l'union des deux volets; le consensus est leur intersection. Ces sorties portent le statut machine_predicted_unvalidated et ne sont pas des étiquettes humaines.
Scores du classifieur distillé par catégorie (deux têtes)
| Catégorie | Codex | Gemma |
|---|---|---|
| Métarecherche | 0,001 | 0,000 |
| Méta-épidémiologie (sens strict) | 0,001 | 0,000 |
| Méta-épidémiologie (sens large) | 0,001 | 0,000 |
| Bibliométrie | 0,001 | 0,001 |
| Études des sciences et des technologies | 0,000 | 0,000 |
| Communication savante | 0,001 | 0,001 |
| Science ouverte | 0,001 | 0,001 |
| Intégrité de la recherche | 0,001 | 0,001 |
| Charge utile insuffisante (le modèle a refusé de juger) | 0,000 | 0,000 |
Scores machine (provisoires)
Les deux têtes enseignantes du modèle étudiant, lues sur ce travail. Un score ordonne la base pour la relecture; il n'affirme jamais une catégorie, et le statut de validation accompagne chaque rangée tel quel.
Scores de référence d'un modèle non mature (critères de maturité non atteints, 7 itérations). Un score ordonne; il n'affirme jamais une catégorie.
score_only:v0-immature-baseline · tel quel depuis la passe de notation : score_only signifie que le nombre peut ordonner les travaux, et qu'aucune étiquette de catégorie n'en découleClassification
machine, non validéePrédiction automatique; un appel candidat d’une seule source (Gemma direct ou Codex distillé), pas un consensus.
Le détail, modèle par modèle et score par score, se trouve en fin de page sous « Comment cette classification a été obtenue ».