Abstract Environmental factors affect the growth of microorganisms and therefore alter the composition of microbiota. Correlative analysis of the relationship between metagenomic composition and the environmental gradient can help elucidate key environmental factors and establishment principles for microbial communities. However, a reasonable method to quantitatively compare whole metagenomic data and identify the primary environmental factors for the establishment of microbiota has not been reported so far. In this study, we developed a method to compare whole proteomes deduced from metagenomic shotgun sequencing data, and quantitatively display their phylogenetic relationships as metagenomic trees. We called this method Metagenomic Phylogeny by Average Sequence Similarity (MPASS). We also compared one of the metagenomic trees with dendrograms of environmental factors using a comparison tool for phylogenetic trees. The MPASS method correctly constructed metagenomic trees of simulated metagenomes and soil and water samples. The topology of the metagenomic tree of samples from the Kirishima hot springs area in Japan was highly similarity to that of the dendrograms based on previously reported environmental factors for this area. The topology of the metagenomic tree also reflected the dynamics of microbiota at the taxonomic and functional levels. Our results strongly suggest that MPASS can successfully classify metagenomic shotgun sequencing data based on the similarity of whole protein-coding sequences, and will be useful for the identification of principal environmental factors for the establishment of microbial communities.

The Fukushima Daiichi Nuclear Power Plant accident caused the release of large amounts of radioactive material into the environment. Radiation from radionuclides cause DNA lesions, mainly via oxidation, which adversely affect wild organisms by damaging their germ cells. Here, we investigated the effects of radiation on the reproductive organs of Japanese field mice (Apodemus speciosus) by estimating the dose rate of radiation exposure, the accumulation of DNA lesions, and the expression of DNA repair enzymes. In highly contaminated areas, mouse testes received a radiation dose rate > 0.1 mGy/d. According to the International Commission on Radiological Protection, there is a very low probability of effects in the reference rat species at this exposure level. The results of the current study do not definitively conclude that the expression of 8-oxoguanine DNA glycosylase 1 and superoxide dismutase in mouse testes increase with dose rate and lifetime dose. However, 8-hydroxy-2′-deoxyguanosine accumulation increases in a dose rate- and lifetime dose-dependent manner in mouse testes, but is not observed in the sperm of the cauda epididymis. These results suggest that, although DNA lesions occurred in male germ cells of Fukushima mice, most were successfully repaired by DNA repair enzymes at the observed gene expression level.