Pipeline Berkeupayaan Tinggi untuk Analisis Genom Bakteria yang Digunakan dalam Pengeluaran Makanan

A Bacillus subtilis strain yang diasingkan daripada bekang makanan tradisional India yang diperam adalah berbeza secara filogenetik daripada strain natto Jepun namun berkongsi set gen aksesori yang berkait rapat. Kajian ini juga membentangkan saluran genomik perbandingan yang cekap untuk bakteria yang digunakan dalam pengeluaran makanan.

Untuk mengkaji kepelbagaian Bacillus subtilis yang digunakan dalam penapaian makanan, kajian ini pada mulanya mengumpulkan 55 genom dan menggunakan 42 strain yang dikawal kualitinya serta dianotasi secara konsisten untuk analisis utama pangenom dan genomik perbandingan.

Latar Belakang dan Penemuan Utama

Untuk gambaran umum dan kisah di sebalik penemuan ini, sila rujuk pautan berikut:

• Press Release: Japanese “Natto” and Indian Traditional Food “Bekang” Bacteria: Genetically “Strangers” yet “Identical Twins”!?
• Kisah Penyelidikan: Hubungan Global "Natto": Bagaimana Semangkuk Kacang di Myanmar Mencetuskan Penemuan Genomik (Springer Nature Research Communities)

Analisis utama mentakrifkan 26 isolat natto Jepun sebagai kumpulan natto dalam pengertian sempit. Satu isolat daripada makanan tradisional India bekang (Food_IND_1) berada di luar klad natto dalam filogeni genom teras, tetapi merupakan jiran fungsi terdekat berdasarkan jarak Jaccard daripada kehadiran atau ketiadaan gen aksesori. Kesemua 27 strain dibandingkan sebagai kumpulan natto dalam pengertian luas. Pemindahan gen mendatar (HGT) dan pengekalan terpilih ialah penjelasan yang munasabah, bukannya mekanisme yang dibuktikan secara langsung. Tafsiran fungsi terutamanya berdasarkan analisis anotasi dan pengayaan, bukan phenotyping langsung terhadap beberapa isolat bekang; perbandingan bekang ialah kajian kes n=1.

Aliran Kerja Perbandingan-Genomik

Aliran kerja genomik perbandingan mengintegrasikan pemerolehan data awam, pemasangan genom, kawalan kualiti, dan anotasi dengan analisis pangenom serta perbandingan filogeni dan kandungan gen.

• Penyediaan data: Bacaan mentah awam dan rekod genom diproses melalui pemasangan yang konsisten, kawalan kualiti, dan anotasi.
• Perbandingan filogeni dan kandungan gen: Filogeni teras digabungkan dengan pengelompokan jarak Jaccard berdasarkan kehadiran/ketiadaan gen aksesori.
• Analisis calon-perbezaan: Rangkaian sinten, filogenetik, dan gen khusus kumpulan telah diperiksa untuk membandingkan perbezaan calon seperti indel, transposon, penduaan gen, dan pemotongan.

Skop Bukti dan Potensi Aplikasi

Bukti mengenal pasti hubungan genom dan gen calon. Mengaplikasikannya kepada prestasi pengeluaran, rasa, keselamatan, atau kawalan kualiti memerlukan fenotaip, eksperimen penapaian, ujian kebolehulangan, dan pengesahan dalam persekitaran pembuatan.

• Kegunaan berpotensi: Aliran kerja ini boleh menyokong perbandingan strain dan menjana hipotesis tentang gen atau set gen yang mungkin dikaitkan dengan fenotip.
• Pengesahan diperlukan: Ia tidak mendiagnosis secara langsung prestasi regangan, kualiti produk, atau pencemaran hanya dari data urutan; pengesahan eksperimen dan tahap pembuatan diperlukan.

Ringkasan

Dengan menggabungkan filogeni genom teras dengan komposisi gen aksesori, kajian ini mempersembahkan aliran kerja genomik perbandingan berkapasiti tinggi yang mengesan persamaan antara strain B. subtilis yang berbeza secara filogenetik. Keputusan bekang adalah kajian kes n=1, dan hipotesis fungsiannya memerlukan pengesahan lanjut.