Определение структуры микробного сообщества и экологических тенденций, влияющих на вариабельность постферментированного Theobroma cacao, с использованием шотган-метагеномики
Identifying Microbial Community Structure and Ecological Trends Contributing to Variation in Post-Fermented Theobroma cacao using Shotgun Metagenomics
Ciurleo, Guiseppe
Аннотация (перевод)
Ферментация Theobroma cacao является наиболее важным фактором конечного качества и вкуса получаемого шоколадного продукта. Хотя какао выращивается более чем в 50 странах мира, существует ограниченный объем информации о том, как различия в окружающей среде могут влиять на развитие микробного разнообразия во время ферментации. Цель данного исследования — идентифицировать микробные сообщества постферментированных какао-бобов из широкого спектра географических регионов. Мы исследовали корреляции между их численностью и окружающей средой, в которой происходит их ферментация. Геномная ДНК была выделена из 25 образцов сушеных ферментированных какао-бобов, и было выполнено шотган-метагеномное секвенирование с использованием секвенатора Illumina NovaSeq X Plus Sequencer. Таксономические результаты зафиксировали 13,445 видовых операционных таксономических единиц (OTUs) и 3,376 родовых OTUs во всех образцах, включая высокую численность Acetobacter pasteurianus, Acetobacter oryzoeni и Alkalihalobacillus clausii. Данные OTU использовались для расчета нескольких показателей альфа- и бета-разнообразия. Результаты показывают высокий уровень микробного разнообразия в образцах из Южной Америки и более низкий уровень разнообразия в образцах из Азии. Канонический корреляционный анализ был проведен для выявления корреляций между Alpha Diversity и факторами окружающей среды, при этом количество осадков и среднегодовая температура имели корреляции выше 0.95. Были построены обобщенные линейные модели для выявления корреляций между факторами окружающей среды и видами микроорганизмов, в которых 8 видов коррелировали с осадками, 5 видов — со среднегодовой температурой, 4 вида — с высотой над уровнем моря, 7 видов — с pH почвы и 6 видов — с расстоянием от экватора. Результаты этого исследования дают представление о корреляции между микробными сообществами и факторами окружающей среды, предоставляя фермерам, выращивающим какао, возможность оптимизировать ферментацию и производить качественный продукт.
Оригинальная аннотация
The fermentation of Theobroma cacao is the most important factor in the final quality and flavor of their resulting chocolate product. While cacao is grown in over 50 countries worldwide, there is limited information identifying how the varied environment may impact the growth of microbial diversity during fermentation. The purpose of this study is to identify microbial communities of post-fermented cocoa beans from a wide range of geographic locations. We investigated correlations between their abundances and the environment in which they are fermented. Genomic DNA was extracted from 25 samples of dried, fermented cocoa beans and shotgun metagenomic sequencing was performed using the Illumina NovaSeq X Plus Sequencer. Taxonomic results recorded 13,445 species Operational Taxonomic Units (OTUs) and 3,376 genus OTUs throughout all samples, including high abundances for Acetobacter pasteurianus, Acetobacter oryzoeni, and Alkalihalobacillus clausii. OTU data was used to calculate several alpha and beta diversity metrics. Results show high levels of microbial diversity across samples in South America, and lower levels of diversity across samples from Asia. Canonical Correlation Analysis was conducted to identify correlations between Alpha Diversity and environmental factors, in which precipitation and mean annual temperature had correlations above 0.95. Generalized Linear Models were performed to identify correlations between environmental factors and microbe species, in which 8 species correlated with precipitation, 5 species correlated with mean annual temperature, 4 species correlated with elevation, 7 species correlated with soil pH, and 6 species correlated with distance from the equator. The results of this study give insight into the correlation between microbial communities and environmental factors, providing cacao farmers the opportunity to optimize their fermentation and produce a favorable product.
Идентификаторы
Canonical: https://research.holos.house/w/83a9e994-46bb-4983-a13f-7290d29a5a6f
DOI: 10.7275/gdgc-wz76