Published March 13, 2007 | Version v1
Publication Open

The Sorcerer II Global Ocean Sampling Expedition: Northwest Atlantic through Eastern Tropical Pacific

Description

The world's oceans contain a complex mixture of micro-organisms that are for the most part, uncharacterized both genetically and biochemically. We report here a metagenomic study of the marine planktonic microbiota in which surface (mostly marine) water samples were analyzed as part of the Sorcerer II Global Ocean Sampling expedition. These samples, collected across a several-thousand km transect from the North Atlantic through the Panama Canal and ending in the South Pacific yielded an extensive dataset consisting of 7.7 million sequencing reads (6.3 billion bp). Though a few major microbial clades dominate the planktonic marine niche, the dataset contains great diversity with 85% of the assembled sequence and 57% of the unassembled data being unique at a 98% sequence identity cutoff. Using the metadata associated with each sample and sequencing library, we developed new comparative genomic and assembly methods. One comparative genomic method, termed "fragment recruitment," addressed questions of genome structure, evolution, and taxonomic or phylogenetic diversity, as well as the biochemical diversity of genes and gene families. A second method, termed "extreme assembly," made possible the assembly and reconstruction of large segments of abundant but clearly nonclonal organisms. Within all abundant populations analyzed, we found extensive intra-ribotype diversity in several forms: (1) extensive sequence variation within orthologous regions throughout a given genome; despite coverage of individual ribotypes approaching 500-fold, most individual sequencing reads are unique; (2) numerous changes in gene content some with direct adaptive implications; and (3) hypervariable genomic islands that are too variable to assemble. The intra-ribotype diversity is organized into genetically isolated populations that have overlapping but independent distributions, implying distinct environmental preference. We present novel methods for measuring the genomic similarity between metagenomic samples and show how they may be grouped into several community types. Specific functional adaptations can be identified both within individual ribotypes and across the entire community, including proteorhodopsin spectral tuning and the presence or absence of the phosphate-binding gene PstS.

⚠️ This is an automatic machine translation with an accuracy of 90-95%

Translated Description (Arabic)

تحتوي محيطات العالم على مزيج معقد من الكائنات الحية الدقيقة التي هي في معظمها غير مميزة وراثيًا وكيميائيًا حيويًا. نبلغ هنا عن دراسة ميتاجينومية للميكروبات العوالق البحرية التي تم فيها تحليل عينات المياه السطحية (البحرية في الغالب) كجزء من بعثة المشعوذ الثاني العالمية لأخذ عينات المحيطات. أسفرت هذه العينات، التي تم جمعها عبر عدة آلاف من الكيلومترات من شمال المحيط الأطلسي عبر قناة بنما وتنتهي في جنوب المحيط الهادئ، عن مجموعة بيانات واسعة تتكون من 7.7 مليون قراءة تسلسلية (6.3 مليار نقطة أساس). على الرغم من أن بعض الفروع الميكروبية الرئيسية تهيمن على المحراب البحري العوالق، فإن مجموعة البيانات تحتوي على تنوع كبير مع 85 ٪ من التسلسل المجمع و 57 ٪ من البيانات غير المجمعة فريدة من نوعها عند قطع هوية تسلسل 98 ٪. باستخدام البيانات الوصفية المرتبطة بكل عينة ومكتبة تسلسل، قمنا بتطوير طرق مقارنة جديدة للجينوم والتجميع. تناولت إحدى الطرق الجينومية المقارنة، المسماة "تجنيد الشظايا"، مسائل بنية الجينوم، والتطور، والتنوع التصنيفي أو الوراثي، بالإضافة إلى التنوع الكيميائي الحيوي للجينات وعائلات الجينات. أتاحت الطريقة الثانية، المسماة "التجميع الشديد"، تجميع وإعادة بناء أجزاء كبيرة من الكائنات الحية الوفيرة ولكن غير المنسجمة بشكل واضح. ضمن جميع المجموعات السكانية الوفيرة التي تم تحليلها، وجدنا تنوعًا واسعًا داخل النمط الريبوزي بعدة أشكال: (1) تباين تسلسل واسع داخل المناطق التقويمية في جميع أنحاء جينوم معين ؛ على الرغم من تغطية الأنماط الريبولوجية الفردية التي تقترب من 500 ضعف، فإن معظم قراءات التسلسل الفردية فريدة من نوعها ؛ (2) العديد من التغييرات في محتوى الجين بعضها له آثار تكيفية مباشرة ؛ و (3) الجزر الجينومية شديدة المتغير التي تكون متغيرة للغاية بحيث لا يمكن تجميعها. يتم تنظيم التنوع داخل النمط الريبي في مجموعات معزولة وراثيًا لها توزيعات متداخلة ولكنها مستقلة، مما يعني تفضيلًا بيئيًا متميزًا. نقدم طرقًا جديدة لقياس التشابه الجيني بين العينات الميتاجينية ونوضح كيف يمكن تجميعها في عدة أنواع مجتمعية. يمكن تحديد تكيفات وظيفية محددة داخل الأنماط الريبوتية الفردية وعبر المجتمع بأكمله، بما في ذلك الضبط الطيفي للبروتيرودوبسين ووجود أو عدم وجود جين PstS المرتبط بالفوسفات.

Translated Description (French)

Les océans du monde contiennent un mélange complexe de micro-organismes qui sont pour la plupart, non caractérisés à la fois génétiquement et biochimiquement. Nous rapportons ici une étude métagénomique du microbiote planctonique marin dans laquelle des échantillons d'eau de surface (principalement marine) ont été analysés dans le cadre de l'expédition Sorcerer II Global Ocean Sampling. Ces échantillons, prélevés sur un transect de plusieurs milliers de km de l'Atlantique Nord à travers le canal de Panama et se terminant dans le Pacifique Sud, ont fourni un vaste ensemble de données composé de 7,7 millions de lectures de séquençage (6,3 milliards de pb). Bien que quelques clades microbiens majeurs dominent la niche marine planctonique, l'ensemble de données contient une grande diversité avec 85 % de la séquence assemblée et 57 % des données non assemblées étant uniques à un seuil d'identité de séquence de 98 %. En utilisant les métadonnées associées à chaque échantillon et bibliothèque de séquençage, nous avons développé de nouvelles méthodes comparatives génomiques et d'assemblage. Une méthode génomique comparative, appelée « recrutement de fragments », a abordé les questions de la structure du génome, de l'évolution et de la diversité taxonomique ou phylogénétique, ainsi que de la diversité biochimique des gènes et des familles de gènes. Une deuxième méthode, appelée « assemblage extrême », a permis l'assemblage et la reconstruction de grands segments d'organismes abondants mais clairement non clonaux. Au sein de toutes les populations abondantes analysées, nous avons trouvé une grande diversité intra-ribotype sous plusieurs formes : (1) une grande variation de séquence dans les régions orthologues d'un génome donné ; malgré une couverture de ribotypes individuels approchant 500 fois, la plupart des lectures de séquençage individuelles sont uniques ; (2) de nombreux changements dans le contenu génique, certains avec des implications adaptatives directes ; et (3) des îlots génomiques hypervariables qui sont trop variables pour être assemblés. La diversité intra-ribotype est organisée en populations génétiquement isolées dont les distributions se chevauchent mais sont indépendantes, ce qui implique une préférence environnementale distincte. Nous présentons de nouvelles méthodes pour mesurer la similitude génomique entre les échantillons métagénomiques et montrons comment ils peuvent être regroupés en plusieurs types de communautés. Des adaptations fonctionnelles spécifiques peuvent être identifiées à la fois au sein des ribotypes individuels et dans l'ensemble de la communauté, y compris le réglage spectral de la protéorhodopsine et la présence ou l'absence du gène de liaison au phosphate PstS.

Translated Description (Spanish)

Los océanos del mundo contienen una compleja mezcla de microorganismos que, en su mayor parte, no se caracterizan ni genética ni bioquímicamente. Presentamos aquí un estudio metagenómico de la microbiota planctónica marina en el que se analizaron muestras de agua superficial (en su mayoría marina) como parte de la expedición Sorcerer II Global Ocean Sampling. Estas muestras, recolectadas a través de un transecto de varios miles de kilómetros desde el Atlántico Norte a través del Canal de Panamá y terminando en el Pacífico Sur, produjeron un extenso conjunto de datos que consta de 7,7 millones de lecturas de secuenciación (6,3 mil millones de pb). Aunque algunos de los principales clados microbianos dominan el nicho marino planctónico, el conjunto de datos contiene una gran diversidad: el 85% de la secuencia ensamblada y el 57% de los datos no ensamblados son únicos con un límite de identidad de secuencia del 98%. Utilizando los metadatos asociados con cada muestra y biblioteca de secuenciación, desarrollamos nuevos métodos genómicos y de ensamblaje comparativos. Un método genómico comparativo, denominado "reclutamiento de fragmentos", abordó cuestiones de estructura del genoma, evolución y diversidad taxonómica o filogenética, así como la diversidad bioquímica de genes y familias de genes. Un segundo método, denominado "ensamblaje extremo", hizo posible el ensamblaje y la reconstrucción de grandes segmentos de organismos abundantes pero claramente no clonales. Dentro de todas las poblaciones abundantes analizadas, encontramos una amplia diversidad intraribotipo en varias formas: (1) amplia variación de secuencia dentro de regiones ortólogas a lo largo de un genoma dado; a pesar de que la cobertura de ribotipos individuales se aproxima a 500 veces, la mayoría de las lecturas de secuenciación individuales son únicas; (2) numerosos cambios en el contenido génico, algunos con implicaciones adaptativas directas; y (3) islas genómicas hipervariables que son demasiado variables para ensamblar. La diversidad intraribotipo se organiza en poblaciones genéticamente aisladas que tienen distribuciones superpuestas pero independientes, lo que implica una preferencia ambiental distinta. Presentamos métodos novedosos para medir la similitud genómica entre muestras metagenómicas y mostramos cómo se pueden agrupar en varios tipos de comunidades. Se pueden identificar adaptaciones funcionales específicas tanto dentro de los ribotipos individuales como en toda la comunidad, incluido el ajuste espectral de la proteorrodopsina y la presencia o ausencia del gen de unión a fosfato PstS.

Files

journal.pbio.0050077&type=printable.pdf

Files (3.8 MB)

⚠️ Please wait a few minutes before your translated files are ready ⚠️ Note: Some files might be protected thus translations might not work.
Name Size Download all
md5:6406e8ba0512a56c70ca49e39165d73e
3.8 MB
Preview Download

Additional details

Additional titles

Translated title (Arabic)
بعثة المشعوذ 2 العالمية لأخذ العينات من المحيط: شمال غرب المحيط الأطلسي عبر شرق المحيط الهادئ الاستوائي
Translated title (French)
Expédition mondiale d'échantillonnage des océans Sorcerer II : Atlantique Nord-Ouest à travers le Pacifique tropical oriental
Translated title (Spanish)
Expedición mundial de muestreo oceánico The Sorcerer II: Atlántico noroccidental a través del Pacífico tropical oriental

Identifiers

Other
https://openalex.org/W2093830129
DOI
10.1371/journal.pbio.0050077

GreSIS Basics Section

Is Global South Knowledge
Yes
Country
Panama

References

  • https://openalex.org/W1513289534
  • https://openalex.org/W1515603326
  • https://openalex.org/W1592568100
  • https://openalex.org/W1598363147
  • https://openalex.org/W1602534227
  • https://openalex.org/W1635391495
  • https://openalex.org/W1791999417
  • https://openalex.org/W1832083778
  • https://openalex.org/W1964918240
  • https://openalex.org/W1966711026
  • https://openalex.org/W1969056068
  • https://openalex.org/W1976615455
  • https://openalex.org/W1981141378
  • https://openalex.org/W1985048665
  • https://openalex.org/W1993403101
  • https://openalex.org/W1993585018
  • https://openalex.org/W1997389755
  • https://openalex.org/W2005240629
  • https://openalex.org/W2014972500
  • https://openalex.org/W2015471107
  • https://openalex.org/W2025249484
  • https://openalex.org/W2026740719
  • https://openalex.org/W2030498531
  • https://openalex.org/W2032598483
  • https://openalex.org/W2037084529
  • https://openalex.org/W2045403483
  • https://openalex.org/W2048805913
  • https://openalex.org/W2053664446
  • https://openalex.org/W2055043387
  • https://openalex.org/W2055305007
  • https://openalex.org/W2057415468
  • https://openalex.org/W2068687524
  • https://openalex.org/W2069794768
  • https://openalex.org/W2073925485
  • https://openalex.org/W2075147968
  • https://openalex.org/W2075270138
  • https://openalex.org/W2078918324
  • https://openalex.org/W2079094106
  • https://openalex.org/W2087671769
  • https://openalex.org/W2099013682
  • https://openalex.org/W2099834878
  • https://openalex.org/W2100751585
  • https://openalex.org/W2104103271
  • https://openalex.org/W2107897969
  • https://openalex.org/W2111373249
  • https://openalex.org/W2112734843
  • https://openalex.org/W2113012860
  • https://openalex.org/W2113350312
  • https://openalex.org/W2113601822
  • https://openalex.org/W2114200698
  • https://openalex.org/W2117936709
  • https://openalex.org/W2118001436
  • https://openalex.org/W2119510208
  • https://openalex.org/W2120611524
  • https://openalex.org/W2120716456
  • https://openalex.org/W2121440846
  • https://openalex.org/W2126482672
  • https://openalex.org/W2126809954
  • https://openalex.org/W2132088881
  • https://openalex.org/W2132598047
  • https://openalex.org/W2132926880
  • https://openalex.org/W2138270253
  • https://openalex.org/W2138590839
  • https://openalex.org/W2139514224
  • https://openalex.org/W2143258005
  • https://openalex.org/W2143573510
  • https://openalex.org/W2143746383
  • https://openalex.org/W2144331209
  • https://openalex.org/W2145166062
  • https://openalex.org/W2145336165
  • https://openalex.org/W2147378425
  • https://openalex.org/W2147618390
  • https://openalex.org/W2148883325
  • https://openalex.org/W2153139855
  • https://openalex.org/W2153777689
  • https://openalex.org/W2154969423
  • https://openalex.org/W2155806125
  • https://openalex.org/W2156603342
  • https://openalex.org/W2156650715
  • https://openalex.org/W2158062455
  • https://openalex.org/W2158245201
  • https://openalex.org/W2159415010
  • https://openalex.org/W2162483537
  • https://openalex.org/W2166356033
  • https://openalex.org/W2166864497
  • https://openalex.org/W2168649399
  • https://openalex.org/W2171777099
  • https://openalex.org/W2268708597
  • https://openalex.org/W4214806268
  • https://openalex.org/W4238987004