Pipeline bioinformático para la evaluación de la hipótesis de la centralidad del nicho en diferentes especies de microorganismos halófilos presentes en las salinas de LoValdivia - Chile
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Resumen
La hipótesis de la centralidad del nicho (HCN) postula que la abundancia y la diversidad genética es mayor en el centro del nicho ecológico de una especie. Sin embargo, su evaluación en microorganismos a partir de datos metagenómicos, se ve obstaculizada por la falta de flujos de trabajo bioinformáticos integrados, escalables y reproducibles.
Para abordar este vacío, se desarrolló el pipeline PopMAG (github.com/daasabogalro/PopMAG), utilizando Nextflow, para automatizar el análisis de microdiversidad, utilizando genomas ensamblados de metagenomas (MAGs). El pipeline integra herramientas como CheckM2, Bowtie2, CoverM, SingleM, inStrain, POGENOM y permite visualizar los resultados de manera interactiva en una aplicación desarrollada en Shiny. Su diseño garantiza la reproducibilidad y la portabilidad a través de contenedores (Docker/Singularity/Podman), para su ejecución en entornos locales, clústers HPC o en la nube.
Este pipeline fue validado utilizando los metagenomas de las salinas de Lo Valdivia (Chile). Contrario a la predicción de la HCN, nuestros resultados para los géneros dominantes (Salinibacter sp. y Halorubrum sp.) mostraron una mayor diversidad genética (π) en los bordes del nicho (sitios de menor abundancia). De igual manera, la diferenciación poblacional (FST ) se incrementó con la distancia al centro del nicho. Los análisis de selección (pN/pS) mostraron patrones contrastantes: selección purificadora en el centro del nicho para Salinibacter sp., y posibles efectos de deriva génica en Halorubrum sp.
En conclusión, este trabajo presenta una doble contribución: 1) una herramienta bioinformática de libre acceso para la comunidad científica que integra por primera vez el análisis de genética de poblaciones directamente desde genomas reconstruidos de metagenomas, junto a una plataforma de visualización interactiva. Y 2) la puesta a prueba de una hipótesis ecológica que aporta evidencia de que la diversidad genética en ecosistemas extremos puede ser mayor en los márgenes del nicho, sugiriendo que los procesos selectivos influyen en la estructuración de las poblaciones microbianas. (Texto tomado de la fuente)
Abstract
The Niche Centrality Hypothesis (NCH) postulates that abundance and genetic diversity are greatest at the center of a species’ ecological niche. However, its evaluation in microorganisms using metagenomic data is hindered by the lack of integrated, scalable, and reproducible bioinformatic workflows.
To address this gap, we developed the PopMAG pipeline (github.com/daasabogalro/PopMAG), using Nextflow, to automate microdiversity analysis using metagenome-assembled genomes (MAGs). The pipeline integrates key tools such as CheckM2, Bowtie2, CoverM, SingleM, inStrain, POGENOM and allows for the interactive visualization of results in a Shiny application. Its design ensures reproducibility and portability through containers (Docker/Singularity/Podman) for execution in local, HPC clusters, or cloud environments.
This pipeline was validated using metagenomes from the Lo Valdivia salt flats (Chile). Contrary to the NCH’s prediction, our results for the dominant genera (Salinibacter sp. and Halorubrum sp.) showed greater genetic diversity (π) at the niche edges (sites of lower abundance). Similarly, population differentiation (FST ) increased with distance from the niche center. Selection analyses (pN/pS) showed contrasting patterns: purifying selection at the niche center for Salinibacter sp., and possible effects of genetic drift in Halorubrum sp.
In conclusion, this work presents two contributions: 1) an open-access bioinformatics tool that integrates population genetics analyses directly from metagenome-assembled genomes, along with an interactive visualization platform, and 2) the test of an ecological hypothesis that provides evidence that genetic diversity in extreme ecosystems may be greater at the margins of the niche, suggesting that selective processes influence the structuring of microbial populations.
Descripción
ilustraciones a color, diagramas, tablas