Standardized multi-omics of Earth’s microbiomes reveals microbial and metabolite diversity
Justin Shaffer
,
Louis-Félix Nothias
,
Luke Thompson
,
Jon Sanders
,
Rodolfo Salido
,
Sneha Couvillion
,
Asker Brejnrod
,
Franck Lejzerowicz
,
Niina Haiminen
,
Shi Huang
,
Holly Lutz
,
Qiyun Zhu
,
Cameron Martino
,
James Morton
,
Smruthi Karthikeyan
,
Mélissa Nothias-Esposito
,
Kai Dührkop
,
Sebastian Böcker
,
Hyun Woo Kim
,
Alexander Aksenov
,
Wout Bittremieux
,
Jeremiah Minich
,
Clarisse Marotz
,
Mackenzie Bryant
,
Karenina Sanders
,
Tara Schwartz
,
Greg Humphrey
,
Yoshiki Vásquez-Baeza
,
Anupriya Tripathi
,
Laxmi Parida
,
Anna Paola Carrieri
,
Kristen Beck
,
Promi Das
,
Antonio González
,
Daniel Mcdonald
,
Joshua Ladau
,
Søren Karst
,
Mads Albertsen
,
Gail Ackermann
,
Jeff Dereus
,
Torsten Thomas
,
Daniel Petras
,
Ashley Shade
(1, 2)
,
James Stegen
,
Se Jin Song
,
Thomas Metz
,
Austin Swafford
,
Pieter Dorrestein
,
Janet Jansson
,
Jack Gilbert
,
Rob Knight
,
Lars Angenant
,
Alison Berry
,
Leonora Bittleston
,
Jennifer Bowen
,
Max Chavarría
,
Don Cowan
,
Dan Distel
,
Peter Girguis
,
Jaime Huerta-Cepas
,
Paul Jensen
,
Lingjing Jiang
,
Gary King
,
Anton Lavrinienko
,
Aurora Macrae-Crerar
,
Thulani Makhalanyane
,
Tapio Mappes
,
Ezequiel Marzinelli
,
Gregory Mayer
,
Katherine Mcmahon
,
Jessica Metcalf
,
Sou Miyake
,
Timothy Mousseau
,
Catalina Murillo-Cruz
,
David Myrold
,
Brian Palenik
,
Adrián Pinto-Tomás
,
Dorota Porazinska
,
Jean-Baptiste Ramond
,
Forest Rowher
,
Taniya Roychowdhury
,
Stuart Sandin
,
Steven Schmidt
,
Henning Seedorf
,
Ashley Shade
,
J. Reuben Shipway
,
Jennifer Smith
,
James Stegen
,
Frank Stewart
,
Karen Tait
,
Torsten Thomas
,
Yael Tucker
,
Jana U’ren
,
Phillip Watts
,
Nicole Webster
,
Jesse Zaneveld
,
Shan Zhang
Justin Shaffer
- Fonction : Auteur
- PersonId : 1305476
- ORCID : 0000-0002-9371-6336
Louis-Félix Nothias
- Fonction : Auteur
- PersonId : 1305477
- IdHAL : louis-felix-nothias
- ORCID : 0000-0001-6711-6719
Luke Thompson
- Fonction : Auteur
- PersonId : 1165277
- ORCID : 0000-0002-3911-1280
Jon Sanders
- Fonction : Auteur
- PersonId : 1305478
- ORCID : 0000-0001-6077-4014
Rodolfo Salido
- Fonction : Auteur
Sneha Couvillion
- Fonction : Auteur
- PersonId : 1305479
- ORCID : 0000-0003-0307-9343
Asker Brejnrod
- Fonction : Auteur
Franck Lejzerowicz
- Fonction : Auteur
Niina Haiminen
- Fonction : Auteur
- PersonId : 1305480
- ORCID : 0000-0002-8663-1019
Shi Huang
- Fonction : Auteur
Holly Lutz
- Fonction : Auteur
- PersonId : 1305481
- ORCID : 0000-0001-6454-809X
Qiyun Zhu
- Fonction : Auteur
- PersonId : 1305482
- ORCID : 0000-0002-3568-6271
Cameron Martino
- Fonction : Auteur
- PersonId : 1305483
- ORCID : 0000-0001-9334-1258
James Morton
- Fonction : Auteur
Smruthi Karthikeyan
- Fonction : Auteur
Mélissa Nothias-Esposito
- Fonction : Auteur
Kai Dührkop
- Fonction : Auteur
Sebastian Böcker
- Fonction : Auteur
- PersonId : 1305484
- ORCID : 0000-0002-9304-8091
Hyun Woo Kim
- Fonction : Auteur
Alexander Aksenov
- Fonction : Auteur
Wout Bittremieux
- Fonction : Auteur
- PersonId : 1305485
- ORCID : 0000-0002-3105-1359
Jeremiah Minich
- Fonction : Auteur
Clarisse Marotz
- Fonction : Auteur
Mackenzie Bryant
- Fonction : Auteur
Karenina Sanders
- Fonction : Auteur
Tara Schwartz
- Fonction : Auteur
Greg Humphrey
- Fonction : Auteur
Yoshiki Vásquez-Baeza
- Fonction : Auteur
Anupriya Tripathi
- Fonction : Auteur
Laxmi Parida
- Fonction : Auteur
- PersonId : 1218301
- ORCID : 0000-0002-7872-5074
Anna Paola Carrieri
- Fonction : Auteur
Kristen Beck
- Fonction : Auteur
- PersonId : 1305486
- ORCID : 0000-0002-4603-0235
Promi Das
- Fonction : Auteur
Antonio González
- Fonction : Auteur
Daniel Mcdonald
- Fonction : Auteur
- PersonId : 1269498
- ORCID : 0000-0003-0876-9060
Joshua Ladau
- Fonction : Auteur
Søren Karst
- Fonction : Auteur
Mads Albertsen
- Fonction : Auteur
- PersonId : 1305487
- ORCID : 0000-0002-6151-190X
Gail Ackermann
- Fonction : Auteur
Jeff Dereus
- Fonction : Auteur
Torsten Thomas
- Fonction : Auteur
- PersonId : 802894
- ORCID : 0000-0001-9557-3001
Daniel Petras
- Fonction : Auteur
- PersonId : 1305488
- ORCID : 0000-0002-6561-3022
Ashley Shade
- Fonction : Auteur
- PersonId : 1305405
- IdHAL : ashley-shade
- ORCID : 0000-0002-7189-3067
James Stegen
- Fonction : Auteur
Se Jin Song
- Fonction : Auteur
Thomas Metz
- Fonction : Auteur
- PersonId : 1305489
- ORCID : 0000-0001-6049-3968
Austin Swafford
- Fonction : Auteur
- PersonId : 1305490
- ORCID : 0000-0001-5655-8300
Pieter Dorrestein
- Fonction : Auteur
- PersonId : 1224488
- ORCID : 0000-0002-3003-1030
Janet Jansson
- Fonction : Auteur
- PersonId : 1305491
- ORCID : 0000-0002-5487-4315
Jack Gilbert
- Fonction : Auteur
- PersonId : 1305492
- ORCID : 0000-0001-7920-7001
Rob Knight
- Fonction : Auteur
- PersonId : 762535
- ORCID : 0000-0002-0975-9019
- IdRef : 192695541
Lars Angenant
- Fonction : Auteur
Alison Berry
- Fonction : Auteur
Leonora Bittleston
- Fonction : Auteur
Jennifer Bowen
- Fonction : Auteur
Max Chavarría
- Fonction : Auteur
Don Cowan
- Fonction : Auteur
Dan Distel
- Fonction : Auteur
Peter Girguis
- Fonction : Auteur
Jaime Huerta-Cepas
- Fonction : Auteur
Paul Jensen
- Fonction : Auteur
Lingjing Jiang
- Fonction : Auteur
Gary King
- Fonction : Auteur
Anton Lavrinienko
- Fonction : Auteur
Aurora Macrae-Crerar
- Fonction : Auteur
Thulani Makhalanyane
- Fonction : Auteur
Tapio Mappes
- Fonction : Auteur
Ezequiel Marzinelli
- Fonction : Auteur
Gregory Mayer
- Fonction : Auteur
Katherine Mcmahon
- Fonction : Auteur
Jessica Metcalf
- Fonction : Auteur
Sou Miyake
- Fonction : Auteur
Timothy Mousseau
- Fonction : Auteur
Catalina Murillo-Cruz
- Fonction : Auteur
David Myrold
- Fonction : Auteur
Brian Palenik
- Fonction : Auteur
Adrián Pinto-Tomás
- Fonction : Auteur
Dorota Porazinska
- Fonction : Auteur
Jean-Baptiste Ramond
- Fonction : Auteur
Forest Rowher
- Fonction : Auteur
Taniya Roychowdhury
- Fonction : Auteur
Stuart Sandin
- Fonction : Auteur
Steven Schmidt
- Fonction : Auteur
Henning Seedorf
- Fonction : Auteur
Ashley Shade
- Fonction : Auteur
J. Reuben Shipway
- Fonction : Auteur
Jennifer Smith
- Fonction : Auteur
James Stegen
- Fonction : Auteur
Frank Stewart
- Fonction : Auteur
Karen Tait
- Fonction : Auteur
Torsten Thomas
- Fonction : Auteur
Yael Tucker
- Fonction : Auteur
Jana U’ren
- Fonction : Auteur
Phillip Watts
- Fonction : Auteur
Nicole Webster
- Fonction : Auteur
Jesse Zaneveld
- Fonction : Auteur
Shan Zhang
- Fonction : Auteur
Résumé
Abstract Despite advances in sequencing, lack of standardization makes comparisons across studies challenging and hampers insights into the structure and function of microbial communities across multiple habitats on a planetary scale. Here we present a multi-omics analysis of a diverse set of 880 microbial community samples collected for the Earth Microbiome Project. We include amplicon (16S, 18S, ITS) and shotgun metagenomic sequence data, and untargeted metabolomics data (liquid chromatography-tandem mass spectrometry and gas chromatography mass spectrometry). We used standardized protocols and analytical methods to characterize microbial communities, focusing on relationships and co-occurrences of microbially related metabolites and microbial taxa across environments, thus allowing us to explore diversity at extraordinary scale. In addition to a reference database for metagenomic and metabolomic data, we provide a framework for incorporating additional studies, enabling the expansion of existing knowledge in the form of an evolving community resource. We demonstrate the utility of this database by testing the hypothesis that every microbe and metabolite is everywhere but the environment selects. Our results show that metabolite diversity exhibits turnover and nestedness related to both microbial communities and the environment, whereas the relative abundances of microbially related metabolites vary and co-occur with specific microbial consortia in a habitat-specific manner. We additionally show the power of certain chemistry, in particular terpenoids, in distinguishing Earth’s environments (for example, terrestrial plant surfaces and soils, freshwater and marine animal stool), as well as that of certain microbes including Conexibacter woesei (terrestrial soils), Haloquadratum walsbyi (marine deposits) and Pantoea dispersa (terrestrial plant detritus). This Resource provides insight into the taxa and metabolites within microbial communities from diverse habitats across Earth, informing both microbial and chemical ecology, and provides a foundation and methods for multi-omics microbiome studies of hosts and the environment.
Origine | Fichiers éditeurs autorisés sur une archive ouverte |
---|---|
Licence |