• 宏基因组测序:物种多样性、基因功能、样本差异分析

    宏基因组测序:以特定环境(土壤、水体、肠道等)中微生物群落作为研究对象,通过提取环境中微生物群落的总DNA,不需要对环境微生物进行分离培养,利用高通量测序,进行生物信息学分析。可用于:

    物种多样性分析:研究环境微生物的群落结构、估计物种丰度;
    基因功能分析:构建环境微生物的非冗余基因集,基因功能注释,估计基因的丰度;

    样本差异分析:比较不同分组之间的差异基因,统计差异基因富集的代谢通路和GO分类,比较不同处理间的差异物种。

  • 产品特色

    物种丰度估计

    将测序序列与已知物种序列数据库比对,统计比对上序列的物种分布。也可以提取测序序列中的16s DNA序列,比对16s DNA数据库,统计物种信息。

    构建非冗余基因集

    对每个样本单独组装,预测基因。所有预测的基因进行聚类和去冗余,得到非冗余基因集。

    20个数据库的基因注释

    除了KEGG,GO,Pfam,Nr等几个常用数据注释外,增加了ARDB,CARD,DBETH,dbCAN,DrugBank,ICEberg,MetaCyc,MvirDB,PATRIC,Prophages,Resfams,SEED subsystems,Superfamily,vFam,VFDB,Victors数据库注释。

    基因丰度估计,差异基因分析

    将测序数据比对到预测的基因,估计基因的丰度。也可以统计不同分组之间的差异基因,分析差异基因富集的GO和代谢通路。

    样品间差异物种分析

    检测处理间,显著差异的物种类群。

  • 常见问题

    1 扩增子测序与宏基因组测序有什么区别?

    扩增子测序(微生物多样性测序),是通过16S rDNA/18S rDNA/ITS功能基因的特定区段PCR产物进行高通量测序,可以获知样品中微生物的组成和丰度。宏基因组测序,通过提取环境中全部微生物的DNA测序,除了可以获知样品中微生物的组成和丰度,还可以研究环境微生物的基因组成及功能、代谢,发掘特异功能的基因等等。

    2 每个样本应该测多少数据量,重复?

    推荐大于5G的数据量。如果需要做样品间的比较分析,推荐大于5个组内重复。

  • 参考案例

    全球海洋微生物的功能和结构

    文献名称:Structure and function of the global ocean microbiome

    发表期刊:Science

    发表时间:2015年5月

    影响因子:34.661

    研究概述

    微生物是生物地球化学过程的主要驱动力,在全球范围内,分析微生物群落结构、功能多样性以及生态因素仍然是一个巨大的挑战。 作者分析了来自世界各地68个地点的243个海洋光合作用层和中层样品的宏基因组数据,得到了海洋微生物参考基因目录,大约有4000万条非冗余序列,其中新发现的序列大多来自病毒、原核生物和微微型真核浮游植物。 作者显示海洋光合作用层的物种组成分布主要是由温度而不是其他环境或地理因素驱动。 海洋微生物核心功能揭示,与人类肠道微生物群有大于73%的相似性,尽管这两个生态系统之间存在很大的理化性质差异。

    NaCl容液处理

    方案设计

    1. 取全球海洋68个区域的表层、最低光合作用层和中层的243份小于3um的微生物样品,抽取DNA,建库,双端100bp测序。
    2. 物种组成和丰度分析。
    3. 组装,基因预测,构建非冗余基因集。
    4. 群落组成分析,与环境因素的相关性分析。

    研究结果

    1. 构建了全球海洋微生物参考基因目录,包含4000多万非冗余的基因序列,其中细菌占58.8%,病毒占5.4%,真核生物占3.3%,古菌占2.0%,有27.7%的基因序列不能注释到物种(图 A)。
    2. PCoA分析研究群落的组成,发现海水深度的贡献率是73%(图 B)。
    3. 分析不同海水深度样品之间物种丰度、基因功能差异,β多样性差异,细胞的数目和细胞的生长速率发现,随着海水深度增加,物种和基因功能的多样性增加,而细胞数目和细胞的生长速率降低。
    4. 温度在0℃-14℃的时候,随着温度的升高,物种多样性增加;温度在14℃-30℃的时候,随着温度的升高,物种丰度呈现降低的趋势(图 C)。
    5. PCoA分析发现,物种没有呈现海洋区域性的分布。
    6. 环境因子与物种组成的相关性分析发现,溶解氧和温度与物种组成的相关性最好。而溶解氧和温度是负相关的 (图  D)。
    7. 海洋微生物核心功能与人类肠道微生物有大于73%的相似性。