Exploring and quantifying the soil genetic diversity captured by long and short-read shotgun metagenomic sequencing
Exploration et quantification de la diversité génétique des sols capturée par le séquençage métagénomique à lectures courtes et longues
Résumé
The soil microbiome remains poorly understood, but unraveling its genetic diversity is essential, given the pivotal functions primarily mediated through their protein arsenal [1]. Although short-read (SR) shotgun metagenomics provided interesting insights into microbiome gene diversity, it fell short in delivering comprehensive microbial genome reconstructions. Metagenome-assembled genomes (MAGs) obtained from SR often yield fragmented assemblies and incomplete gene sets (over 90% contigs <1kb and thus unusable for gene prediction) [2].
Using PacBio HiFi sequencing, we previously obtained long-reads (N50: 6kb) from tunnel culture soil metagenomes, surpassing the contig length of publicly available short-read metagenomes (N50: 1kb) [2]. Even if a substantial part of the reads remain unassembled, we succeeded in reconstructing dozens of MAGs, which further enhanced reads contiguity encompassing bacterial, archaeal, and viral genomes from terrestrial environments. To compare more comprehensively LR and SR approaches, we generated ultra-high depth short-read sequencing on the same soil sample. Although with SR technology contigs were substantially shorter, ultra-high depth sequencing seem to have captured a higher diversity of taxa than LR. However, this impression needs to be confirmed by an independent metabarcoding method.
HiFi LR sequencing exhibits significant potential in elucidating the complexity of microbial genome reconstruction. Nevertheless, several critical considerations remain to be addressed such as the sequencing depth required to capture and reconstruct a significant representation of the real biodiversity of soil microbiomes.
Le microbiome du sol reste mal compris, mais il est essentiel de découvrir sa diversité génétique, étant donné les fonctions essentielles qui sont principalement assurées par son arsenal de protéines [1]. Bien que la métagénomique à lecture courte (SR) ait fourni des informations intéressantes sur la diversité des gènes du microbiome, elle n'a pas permis de reconstituer l'intégralité du génome microbien. Les génomes assemblés par métagénomes (MAG) obtenus par SR produisent souvent des assemblages fragmentés et des ensembles de gènes incomplets (plus de 90% des contigs <1kb et donc inutilisables pour la prédiction des gènes) [2].
En utilisant le séquençage PacBio HiFi, nous avons précédemment obtenu de longues lectures (N50 : 6kb) à partir de métagénomes de sol de culture en tunnel, dépassant la longueur des contigs des métagénomes à lecture courte disponibles publiquement (N50 : 1kb) [2]. Même si une partie substantielle des lectures reste non assemblée, nous avons réussi à reconstruire des dizaines de MAG, ce qui a encore amélioré la contiguïté des lectures englobant des génomes bactériens, archéologiques et viraux provenant d'environnements terrestres. Pour comparer de manière plus complète les approches LR et SR, nous avons généré un séquençage à lecture courte à ultra-haute profondeur sur le même échantillon de sol. Bien qu'avec la technologie SR les contigs soient sensiblement plus courts, le séquençage à ultra-haute profondeur semble avoir capturé une plus grande diversité de taxons que le LR. Cette impression doit toutefois être confirmée par une méthode de métabarcodage indépendante.
Le séquençage HiFi LR présente un potentiel significatif pour élucider la complexité de la reconstruction des génomes microbiens du sol. Néanmoins, plusieurs considérations critiques doivent encore être abordées, telles que la profondeur de séquençage nécessaire pour capturer et reconstruire une représentation significative de la biodiversité réelle des microbiomes du sol.
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