今天为大家分享一篇基于人类肠道真菌群研究的顶刊，巨大工作量+严谨思路+实证=accept，其中国自然热点肠道菌群也是值得我们借鉴的~没有思路，找不到创新方向，有任何问题都可以找小科哦
文章标题：genomic compendium of cultivated human gut fungi characterizes the gut mycobiome and its relevance to common diseases
中文标题：人类肠道培养真菌的基因组简编描述了肠道菌群及其与常见疾病的相关性
发表期刊：cell
发表时间：2024年5月
影响因子：66.8/Q1
研究背景
研究方法
我们提出了 培养肠道真菌 （CGF） 目录，包含 760 个源自 健康个体的粪便。该目录包括 48 科的 206 种， 包括69种以前未被发现的物种。我们探索了功能和代谢 CGF物种的属性，并利用该目录构建系统发育 通过分析来自 11,000 多个粪便宏基因组的肠道真菌组表示 华人和非华人人口。此外，我们确定了重要的常见疾病相关 肠道真菌组组成的变化，并证实了两者之间的关联 通过动物实验的真菌特征和炎症性肠病 （IBD）。这些资源和发现极大地丰富了我们对生物学的理解 人类肠道真菌组的多样性和疾病相关性。
数据来源
结果分析
1. 肠道真菌的培养
研究人员利用来自135名健康志愿者的新鲜粪便样本进行了真菌培养，采用了多种特定的真菌培养基。在12,453个分离得到的真菌株中，根据系统发育多样性（18S或ITS rDNA序列多态性）和菌丝形态特征，筛选出744株进行全基因组测序。通过去重复的基因组测序读段组装，鉴定出16株具有复杂基因组的真菌，这些进一步被细分为32个不同的基因组（参见图S1A-D）。
2. 基因组测序
研究最终组装得到了760个基因组，利用平均核苷酸一致性（ANI）阈值95%和75%来界定物种和属。测序得到的CGF基因组被归类为206个不同的真菌物种，其中69个为首次测序的物种。在这些新测序的物种中，58个可与现有属关联，而其他11个根据ANI值被归类至科或更高分类级别。这206个物种的分类信息汇总在图1中，涵盖了三大真菌门：Ascomycota、Basidiomycota和Mucoromycota。主要的优势属包括曲霉属、青霉属和Talaromyces。CGF目录显著扩充了可培养的肠道真菌物种库，并与PHF目录共有32个真菌物种。
3. CGF 基因组的功能配置
CGF基因组共编码了7,660,447个蛋白质编码基因，以50%的平均氨基酸一致性（AAI）为界，划分为643,717个非冗余蛋白质家族。这些蛋白质中大约77%是CGF目录独有的，这一发现表明了人类肠道真菌的已知蛋白质多样性得到了显著扩展（见图2A）。CGF中的31.6%蛋白质家族是新发现的，在NCBI数据库中的任何已知真菌基因组中均未出现（见图S2A）。不同真菌分支的编码潜力、基因重复性以及分类学特异性蛋白质的比例表现出显著差异（见图S2B）。
4. 肠道真菌功能蛋白质组与代谢模块的完整性分析
平均来看，CGF蛋白质中有83.3%与eggNOG数据库中的序列展现出同源性，而52.1%与KEGG数据库中的序列具有同源性。通过对eggNOG图谱进行主坐标分析（PCoA），可以观察到四个真菌亚门之间存在显著的区分（见图2B）。核心代谢途径，包括糖酵解、三羧酸循环（TCA cycle）、脂肪酸合成以及核苷酸代谢，在所有检测的物种中大体上保持完整（见图2C）。
5. 代谢通路分析
Pezizomycotina物种在酪氨酸降解、甲硫氨酸降解和谷胱甘肽合成等生物途径中的功能多样性上，相较于其他亚门显示出更高的丰富性（参见图S2D）。
6. eggNOG和KEGG分析
76.2%和33.8%的直系同源基因组分别被四个亚门中的某一个亚门特异性编码（见图2D）。毛霉菌门特有的功能主要关联于遗传信息的处理、细胞过程以及信号传导路径，而子囊菌亚门的特异功能则更多地集中在次级代谢和氨基酸与碳水化合物的运输与代谢上（见图2E）。
7. 真菌基因在肠道环境适应中的功能
研究者对760个CGF基因组中的碳水化合物活性酶（CAZymes）进行了详尽分析，共预测出532,809个CAZymes，这些酶在CGF物种的总蛋白质组成中占比从0.9%到9.3%不等（见图3A）。Pezizomycotina物种的CAZymes多样性比例显著高于其他真菌谱系，它们拥有更多专门用于降解植物细胞壁的酶（PCWDEs），这表明它们在分解植物多糖（如纤维素、半纤维素、淀粉和果胶）方面具有重要作用（参见图S3B、C）。
8. 肠道真菌中CAZymes的比较及消化能力的富集分析
接着，研究中在CGF基因组内鉴定出225,078个蛋白酶基因及188,425个脂肪酶基因，分别占到总蛋白质组的1.3%至4.1%和0.2%至4.3%（见图3B、C）。Pezizomycotina物种在脂质代谢相关的能力上显示出比其他亚门更高的水平，而Saccharomycotina物种则在蛋白酶活性方面有显著表现（参见图S3D）。
9. 肠道真菌中次级代谢基因簇（SMGC）科的分布
Pezizomycotina基因组在特殊代谢基因簇（SMGCs）的比例上显示出比其他亚门更高的水平，其中92.7%的SMGC科是该物种特有的（见图S3E）。大多数SMGC科被限定在CGF目录中的单一物种（45.3%）或属（67.6%）内，这与Aspergillus物种中的先前研究结果一致。
10. 基于基因组参考的宏基因组肠道真菌生物群落描述
在两个超高深度的粪便宏基因组数据集中评估更新的真菌图谱算法。
文章小结
我们探索了CGF物种的功能和代谢属性，并利用该目录通过分析来自中国和非中国人群的11,000多个粪便宏基因组来构建肠道真菌组的系统发育表示。此外，我们确定了肠道真菌组组成的显着常见疾病相关变化，并通过动物实验证实了真菌特征与炎症性肠病 （IBD） 之间的关联。这些资源和发现极大地丰富了我们对人类肠道真菌组的生物多样性和疾病相关性的理解。
