Candidatus Actinomarina minuta входит в число наименьших известных свободноживущих бактерий и является одним из наиболее многочисленных фотогетеротрофов в поверхностных водах океана, однако до настоящего времени не был опубликован ни один полный геном для какого-либо представителя порядка Actinomarinales. В данном исследовании представлены 84 полных генома Actinomarina, собранных из метагеномов эстуария Сан-Франциско (SFE), полученных с помощью технологии Oxford Nanopore, а также 29 дополнительных высококачественных (≥95% полнота, <5% загрязнения, одна контига) некруговых сборок.
Эти геномы определяют 9 видов при пороге 95% ANI (среднего нуклеотидного идентитета), три из которых являются новыми, и представляют, насколько известно авторам, первые полные геномы для всего порядка Actinomarinales. Расширенная филогения, включающая 23 высококачественных генома из базы NCBI и аутгруппу Casp-actino5, подтверждает границы видов и размещает геномы NCBI среди клад SFE.
Пангеном из 9 278 кластеров приближается к замыканию (коэффициент затухания 0,55), при этом коровый геном составляет 227 генов в единственной копии (2,4%). Синглтоны (3 858 кластеров, 42%) сконцентрированы в гипервариабельной области (HVR), ограниченной тРНК, расположенной на 85-90% хромосомы от гена dnaA — аналогичное репликативное расстояние до HVR, недавно описанное у Pelagibacter (7-15% от dnaA; Lui & Nielsen, в подготовке), но на противоположном реплихоре. HVR ограничена генами тРНК с обеих сторон, и в 32 из 84 геномов тРНК селеноцистеина (selC) физически расположена внутри HVR.
Все 84 генома кодируют тРНК селеноцистеина (selC) и гены биосинтеза селеноцистеина selA и selD; элонгационный фактор selB присутствует, но дивергентен. Это ранее не сообщалось для Actinomarina. Предсказание селенопротеинов с помощью глубокого обучения (deep-Sep) выявляет примерно 5 селенопротеинов на геном в 69 семействах, включая селенопротеиновую форму самого selD. Сохранение специализированного аппарата биосинтеза Sec, обслуживающего несколько мишеней в геноме размером ~1,1 Мбп, подразумевает, что каталитическое преимущество селеноцистеина над цистеином достаточно велико, чтобы оправдать затраты на его поддержание.
Реконструкция метаболических путей с помощью KofamScan выявляет наиболее обширный набор аутотрофий, задокументированных для полных геномов свободноживущих морских бактерий: биосинтез аргинина, гистидина, триптофана и тиамина универсально отсутствует, биосинтез биотина нефункционален (отсутствует заключительный этап), и только 5 из 8 этапов цикла трикарбоновых кислот (TCA) сохранены при стандартном пороге обнаружения. Порядок генов экстенсивно перестроен между видами: ни одна смежность генов не является универсальной для всех 84 геномов.
В настоящее время NCBI содержит 396 геномов Actinomarina, ни один из которых не является полным; из 39, прошедших пороги качества, 41% ошибочно классифицированы NCBI и принадлежат другим родам по реклассификации GTDB-Tk.
Исследование имеет важное значение для понимания эволюции миниатюризации геномов и адаптации морских микроорганизмов к олиготрофным условиям. Обнаружение сохранённой системы селеноцистеина в столь компактном геноме противоречит общепринятой гипотезе о строгой редукции генетического аппарата у сверхмелких бактерий. Экстремальные аутотрофии Actinomarina указывают на тесные симбиотические или комменсальные взаимодействия в мореводной микробиоме, где эти организмы, вероятно, зависят от метаболитов, продуцируемых другими микроорганизмами. Высокая частота мисаннотации в публичных базах данных подчёркивает необходимость критической переоценки таксономической принадлежности экологически значимых морских бактерий.