RD
Rebecca Daly
Author with expertise in RNA Sequencing Data Analysis
Achievements
Open Access Advocate
Cited Author
Key Stats
Upvotes received:
0
Publications:
8
(88% Open Access)
Cited by:
15
h-index:
20
/
i10-index:
24
Reputation
Biology
< 1%
Chemistry
< 1%
Economics
< 1%
Show more
How is this calculated?
Publications
56

Playing with FiRE: A genome resolved view of the soil microbiome responses to high severity forest wildfire

Nelson Aj et al.Aug 17, 2021
Abstract Warming climate has increased the frequency and size of high severity wildfires in the western United States, with deleterious impacts on forest ecosystem resilience. Although forest soil microbiomes provide a myriad of ecosystem functions, little is known regarding the impact of high severity fire on microbially-mediated processes. Here, we characterized functional shifts in the soil microbiome (bacterial, fungal, and viral) across wildfire burn severity gradients one year post-fire in coniferous forests (Colorado and Wyoming, USA). We generated the Fi re R esponding E cogenomic database (FiRE-db), consisting of 637 metagenome-assembled bacterial genomes, 2490 viral populations, and 2 fungal genomes complemented by 12 metatranscriptomes from soils affected by low and high-severity, and complementary marker gene sequencing and metabolomics data. Actinobacteria dominated the fraction of enriched and active taxa across burned soils. Taxa within surficial soils impacted by high severity wildfire exhibited traits including heat resistance, sporulation and fast growth that enhanced post-fire survival. Carbon cycling within this system was predicted to be influenced by microbial processing of pyrogenic compounds and turnover of dominant bacterial community members by abundant viruses. These genome-resolved analyses across trophic levels reveal the complexity of post-fire soil microbiome activity and offer opportunities for restoration strategies that specifically target these communities.
56
Citation10
0
Save
17

Exposing New Taxonomic Variation with Inflammation – A Murine Model-Specific Genome Database for Gut Microbiome Researchers

Ikaia Leleiwi et al.Oct 24, 2022
Abstract Background The murine CBA/J mouse model widely supports immunology and enteric pathogen research. This model has illuminated Salmonella interactions with the gut microbiome since pathogen proliferation does not require disruptive pretreatment of the native microbiota, nor does it become systemic, thereby representing an analog to gastroenteritis disease progression in humans. Despite the value to broad research communities, microbiota in CBA/J mice are not represented in current murine microbiome genome catalogs. Results Here we present the first microbial and viral genomic catalog of the CBA/J murine gut microbiome. Using fecal microbial communities from untreated and Salmonella -infected, highly inflamed mice, we performed genomic reconstruction to determine the impacts on gut microbiome membership and functional potential. From high depth whole community sequencing (~42.4 Gbps/sample), we reconstructed 2,281 bacterial and 4,129 viral draft genomes. Salmonella challenge significantly altered gut membership in CBA/J mice, revealing 30 genera and 98 species that were conditionally rare and unsampled in non-inflamed mice. Additionally, inflamed communities were depleted in microbial genes that modulate host anti-inflammatory pathways and enriched in genes for respiratory energy generation. Our findings suggest decreases in butyrate concentrations during Salmonella infection corresponded to reductions in the relative abundance in members of the Alistipes . Strain-level comparison of CBA/J microbial genomes to prominent murine gut microbiome databases identified newly sampled lineages in this resource, while comparisons to human gut microbiomes extended the host relevance of dominant CBA/J inflammation resistant strains. Conclusions This CBA/J microbiome database provides the first genomic sampling of relevant, uncultivated microorganisms within the gut from this widely used laboratory model. Using this resource, we curated a functional, strain-resolved view on how Salmonella remodels intact murine gut communities, advancing pathobiome understanding beyond inferences from prior amplicon-based approaches. Salmonella- induced inflammation suppressed Alistipes and other dominant members, while rarer commensals like Lactobacillus and Enterococcus endure. The rare and novel species sampled across this inflammation gradient advance the utility of this microbiome resource to benefit the broad research needs of the CBA/J scientific community, and those using murine models for understanding the impact of inflammation on the gut microbiome more generally.
17
Citation2
0
Save
13

Human-gut phages harbor sporulation genes

David Schwartz et al.Jan 20, 2023
ABSTRACT Spore-forming bacteria are prevalent in mammalian guts and have implications for host health and nutrition. The production of dormant spores is thought to play an important role in the colonization, persistence, and transmission of these bacteria. Spore formation also modifies interactions among microorganisms such as infection by phages. Recent studies suggest that phages may counter dormancy-mediated defense through the expression of phage-encoded sporulation genes during infection, which can alter the transitions between active and inactive states. By mining genomes and gut-derived metagenomes, we identified sporulation genes that are preferentially encoded by phages that infect spore-forming bacteria. These included genes involved in chromosome partitioning, DNA damage repair, and cell wall-associated functions. In addition, phages contained homologs of sporulation-specific transcription factors, notably spo0A , the master regulator of sporulation, which could allow phages to control the complex genetic network responsible for spore development. Our findings suggest that phages could influence the formation of bacterial spores with implications for the health of the human gut microbiome, as well as bacterial communities in other environments. SIGNIFICANCE Phages acquire bacterial genes and use them to alter host metabolism in ways that enhance their fitness. To date, most auxiliary genes replace or modulate enzymes that are used by the host for nutrition or energy production. However, phage fitness is affected by all aspects of host physiology, including decisions that reduce metabolic activity of the cell. Here we focus on endosporulation, a complex and ancient form of dormancy found among the Bacillota that involves hundreds of genes. By coupling homology searches with host classification, we identify 31 phage-encoded homologs of sporulation genes that are mostly limited to phages infecting spore-forming bacteria. Nearly one-third the homologs recovered were regulatory genes suggesting that phages may manipulate host genetic networks by tapping into their control elements. Our findings also suggest a mechanism by which phages can overcome the defensive strategy of dormancy, which may be involved in coevolutionary dynamics of spore-forming bacteria.
13
Citation2
0
Save
0

Mapping the soil microbiome functions shaping wetland methane emissions

Angela Oliverio et al.Feb 7, 2024
Accounting for only 8% of Earth's land coverage, freshwater wetlands remain the foremost contributor to global methane emissions. Yet the microorganisms and processes underlying methane emissions from wetland soils remain poorly understood. Over a five-year period, we surveyed the microbial membership and in situ methane measurements from over 700 samples in one of the most prolific methane-emitting wetlands in the United States. We constructed a catalog of 2,502 metagenome-assembled genomes (MAGs), with nearly half of the 72 bacterial and archaeal phyla sampled containing novel lineages. Integration of these data with 133 soil metatranscriptomes provided a genome-resolved view of the biogeochemical specialization and versatility expressed in wetland soils. Centimeter-scale depth differences best explained patterns of microbial community structure and transcribed functionalities, even more so than land coverage or temporal information. Moreover, while extended flooding restructured soil redox, this perturbation failed to reconfigure the transcriptional profiles of methane cycling microorganisms, contrasting with theoretical expected responses to hydrological perturbations. Co-expression analyses coupled to depth resolved methane measurements exposed the metabolisms and trophic structures most predictive of methane hotspots. This compendium of biogeochemically-classified genomes and their spatiotemporal transcriptional patterns begins to untangle the microbial carbon, energy and nutrient processing contributing to soil methane production.
0
Paper
Citation1
0
Save
0

Gut microbiome carbon and sulfur metabolisms support Salmonella during pathogen infection

Ikaia Leleiwi et al.Jan 20, 2024
Salmonella enterica serovar Typhimurium is a pervasive enteric pathogen and an ongoing global threat to public health. Ecological studies in the Salmonella impacted gut remain underrepresented in the literature, discounting the microbiome mediated interactions that may inform Salmonella physiology during colonization and infection. To understand the microbial ecology of Salmonella remodeling of the gut microbiome, here we performed multi-omics approaches on fecal microbial communities from untreated and Salmonella-infected mice. Reconstructed genomes recruited metatranscriptomic and metabolomic data providing a strain-resolved view of the expressed metabolisms of the microbiome during Salmonella infection. This data informed possible Salmonella interactions with members of the gut microbiome that were previously uncharacterized. Salmonella-induced inflammation significantly reduced the diversity of transcriptionally active members in the gut microbiome, yet increased gene expression was detected for 7 members, with Luxibacter and Ligilactobacillus being the most active. Metatranscriptomic insights from Salmonella and other persistent taxa in the inflamed microbiome further expounded the necessity for oxidative tolerance mechanisms to endure the host inflammatory responses to infection. In the inflamed gut lactate was a key metabolite, with microbiota production and consumption reported amongst transcriptionally active members. We also showed that organic sulfur sources could be converted by gut microbiota to yield inorganic sulfur pools that become oxidized in the inflamed gut, resulting in thiosulfate and tetrathionate that supports Salmonella respiration. Advancement of pathobiome understanding beyond inferences from prior amplicon-based approaches can hold promise for infection mitigation, with the active community outlined here offering intriguing organismal and metabolic therapeutic targets.
0

Cryptic inoviruses are pervasive in bacteria and archaea across Earth's biomes

Simon Roux et al.Feb 15, 2019
Bacteriophages from the Inoviridae family (inoviruses) are characterized by their unique morphology, genome content, and infection cycle. To date, a relatively small number of inovirus isolates have been extensively studied, either for biotechnological applications such as phage display, or because of their impact on the toxicity of known bacterial pathogens including Vibrio cholerae and Neisseria meningitidis. Here we show that the current 56 members of the Inoviridae family represent a minute fraction of a highly diverse group of inoviruses. Using a new machine learning approach leveraging a combination of marker gene and genome features, we identified 10,295 inovirus-like genomes from microbial genomes and metagenomes. Collectively, these represent six distinct proposed inovirus families infecting nearly all bacterial phyla across virtually every ecosystem. Putative inoviruses were also detected in several archaeal genomes, suggesting that these viruses may have occasionally transferred from bacterial to archaeal hosts. Finally, we identified an expansive diversity of inovirus-encoded toxin-antitoxin and gene expression modulation systems, alongside evidence of both synergistic (CRISPR evasion) and antagonistic (superinfection exclusion) interactions with co-infecting viruses which we experimentally validated in a Pseudomonas model. Capturing this previously obscured component of the global virosphere sparks new avenues for microbial manipulation approaches and innovative biotechnological applications.
1

Genome-resolved metaproteomics decodes the microbial and viral contributions to coupled carbon and nitrogen cycling in river sediments

Josué Rodríguez-Ramos et al.Mar 14, 2022
Abstract Rivers have a significant role in global carbon and nitrogen cycles, serving as a nexus for nutrient transport between terrestrial and marine ecosystems. Although rivers have a small global surface area, they contribute substantially to global greenhouse gas emissions through microbially mediated processes within the river hyporheic zone. Despite this importance, microbial roles in these climatically relevant systems are mostly inferred from 16S rRNA amplicon surveys, which are not sufficiently resolved to inform biogeochemical models. To survey the metabolic potential and gene expression underpinning carbon and nitrogen biogeochemical cycling in river sediments, we collected an integrated dataset of over 30 metagenomes, metaproteomes, and paired metabolomes. We reconstructed over 500 microbial metagenome assembled genomes (MAGs), which we dereplicated into 55 unique genomes spanning 12 bacterial and archaeal phyla. We also reconstructed 2482 viral genomic contigs, which were dereplicated into 111 viral MAGs >10kb in size. As a result of integrating gene expression data with geochemical and metabolite data, we created a conceptual model that uncovers new roles for microorganisms in organic matter decomposition, carbon sequestration, nitrogen mineralization, nitrification, and denitrification. Integrated through shared resource pools of ammonium, carbon dioxide, and inorganic nitrogen we show how these metabolic pathways could ultimately contribute to carbon dioxide and nitrous oxide fluxes from hyporheic sediments. Further, by linking viral genomes to these active microbial hosts, we provide some of the first insights into viral modulation of river sediment carbon and nitrogen cycling. Importance Here we created HUM-V (Hyporheic Uncultured Microbial and Viral), an annotated microbial and viral genome catalog that captures the strain and functional diversity encoded in river sediments. Demonstrating its utility, this genomic inventory encompasses multiple representatives of the most dominant microbial and archaeal phyla reported in river sediments and provides novel viral genomes that can putatively infect these. Furthermore, we used HUM-V to recruit gene expression data to decipher the functional activities of these genomes and reconstruct their active roles in river sediment biogeochemical cycling. We show the power of genome resolved, multi-omics to uncover the organismal interactions and chemical handoffs shaping an intertwined carbon and nitrogen metabolic network and create a framework that can be extended to other river sediments. The accessible microbial and viral genomes in HUM-V will serve as a community resource to further advance more untargeted, activity-based measurements in these and related freshwater terrestrial-aquatic ecosystems.
0

Time resolved multi-omics reveals diverse metabolic strategies ofSalmonelladuring diet-induced inflammation

Katherine Kokkinias et al.Feb 4, 2024
Abstract With a rise in antibiotic resistance and chronic infection, the metabolic response of Salmonella enterica serovar Typhimurium to various dietary conditions over time remains an understudied avenue for novel, targeted therapeutics. Elucidating how enteric pathogens respond to dietary variation not only helps us decipher the metabolic strategies leveraged for expansion but also assists in proposing targets for therapeutic interventions. Here, we use a multi-omics approach to identify the metabolic response of Salmonella enterica serovar Typhimurium in mice on both a fibrous diet and high-fat diet over time. When comparing Salmonella gene expression between diets, we found a preferential use of respiratory electron acceptors consistent with increased inflammation of the high-fat diet mice. Looking at the high-fat diet over the course of infection, we noticed heterogeneity of samples based on Salmonella ribosomal activity, which separated into three infection phases: early, peak, and late. We identified key respiratory, carbon, and pathogenesis gene expression descriptive of each phase. Surprisingly, we identified genes associated with host-cell entry expressed throughout infection, suggesting sub-populations of Salmonella or stress-induced dysregulation. Collectively, these results highlight not only the sensitivity of Salmonella to its environment but also identify phase-specific genes that may be used as therapeutic targets to reduce infection. Importance Identifying novel therapeutic strategies for Salmonella infection that occur in relevant diets and over time is needed with the rise of antibiotic resistance and global shifts towards Western diets that are high in fat and low in fiber. Mice on a high-fat diet are more inflamed compared to those on a fibrous diet, creating an environment that results in more favorable energy generation for Salmonella . Over time on a high-fat diet, we observed differential gene expression across infection phases. Together, these findings reveal the metabolic tuning of Salmonella to dietary and temporal perturbations. Research like this, exploring the dimensions of pathogen metabolic plasticity, can pave the way for rationally designed strategies to control disease.