宏基因组测序分析学中用什么软件分析一个样本中存在哪些的taxa

“宏”热点:注定是一条有味道的推送。。。
宏基因组技术的发展让人们深入认识了肠道微生物结构组成,但由于重复基因的存在、基因表达的时空特异性和蛋白修饰等原因,肠道菌群基因特异性表达及功能研究受限,结合宏蛋白组技术可弥补这一弊端,让我们在认识肠道菌群结构组成的同时,更深入地了解菌群的代谢特征、生理功能以及与宿主间的互作机制。
每日关键点:宏蛋白基因组学,盲肠菌群功能,粪便菌群功能
如今,越来越多的生命科学研究已经证实肠道是人体最大的消化器官,也是人体最大的排毒器官。肠道微生物被誉为是“第二基因组”,它们与机体的生命活动息息相关。宿主胃肠道内寄居着种类繁多的微生物,其通过与环境的互作从而影响机体病理生理状态。越来越多的医学研究表明,多种癌症、代谢综合征等疾病都与肠道微生物密切相关。
接下来小编与大家分享一篇2017年发表在Frontiers in Microbiology(IF 4.165)的文章“Metaproteogenomics Reveals Taxonomic and Functional Changes between Cecaland Fecal Microbiota in Mouse”。
先前的研究报道了在小鼠模型中,盲肠菌群与粪便菌群在分类学结构上有所差异,但各自的生物功能尚不明了。本文拟通过宏蛋白基因组学方法,收集小鼠盲肠肠道内容物以及粪便,进行16s rRNA测序、shotgun宏基因组学及shotgun宏蛋白组学,分析小鼠盲肠菌群及粪便菌群的分类学特异的功能差异。
(1) 小鼠盲肠菌群与粪便菌群之间存在分类学差异
采用 16srRNA测序(16S-MG)、shotgun宏基因组学(S-MG)及shotgun宏蛋白组学(S-MG)分析,鉴定肠道内容物从盲肠到体外的过程中肠道菌群相对丰度的改变。三种分析结果一致表明, 梭状芽胞杆菌在盲肠中更多;此外,MG分析结果表明,一些革兰氏阳性需氧菌在粪便中更多。
进化分枝图展示小鼠盲肠菌群与粪便菌群的分布丰度(16S-MG分析)
FIGURE 1 | Cladogram illustrating thedistribution of taxa with differential abundance between cecal contents (CCs)and feces, according to 16S-MG data.
进化分枝图展示小鼠盲肠菌群与粪便菌群的分布丰度(S-MG分析)
FIGURE 2 | Cladogram illustrating the distribution of taxa withdifferential abundance between CCs and feces, according to S-MG data.
进化分枝图展示小鼠盲肠菌群与粪便菌群的分布丰度(MP分析)
FIGURE 3 | Cladogram illustrating thedistribution of taxa with differential abundance between CCs and feces,according to MP data.
(2) 小鼠盲肠菌群与粪便菌群之间存在功能上的差异
通过对S-MG结果进行分类学和KEGG分析,不难发现,盲肠菌群与粪便菌群菌群结构及功能都差别很大。其中与草酸降解、谷氨酸盐/谷氨酰胺代谢、氧化还原稳态相关的酶(大多数由拟杆菌表达)在粪便中含量更高。
基于功能分类学特征对盲肠菌群和粪便菌群宏蛋白组功能及相关丰度分析
(3) 小鼠盲肠菌群与粪便菌群之间存在代谢通路活性上的差异
通过对S-MG和MP结果进行代谢通路分析发现,18个代谢通路在肠道菌群中更加活跃,其中包括四氢叶酸转换、磷酸戊糖途径、丙酮酸和短链脂肪酸代谢等重要代谢通路。
基于功能分类学特征对盲肠菌群和粪便菌群宏蛋白组通路分析的比较
总的来说,以上组学技术一致表明,环境变化(尤其是盲肠到体外)不仅引起菌群分类学上变化,也相应引起了功能的转变;而宏蛋白组学数据更明显说明这一点。文章阐明了粪便菌群和盲肠菌群功能和代谢之间的差异,为进一步通过宏蛋白基因组学研究肠道菌群功能的动态变化奠定了良好的基础。
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宏基因组数据分析中的统计方法研究
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MiSeq论证报告模板
一、基本情况 中文:基因组分析仪 设 备 名 称 英文:MiSeq 国产、√进口 申请数量 主要用途: 1. 细菌,病毒,微生物等未知基因组测序(De Novo Sequencing)。可用很低的成本 快速地进行新型病毒及致病菌的检测, 也可进行宏基因组学, 如肠道微生物菌群的研 究; 2. 目的基因组测序(Target Resequencing)。肿瘤细胞往往伴有大量的体细胞突
变, 包括点突变、插入、缺失、易位、拷贝数的改变,及染色体的重排。通过对于基因组 上任意区域进行富集,然后对富集产物进行精确测序,非常适合肿瘤因子检测,或高 分辨率地检测染色体各种重排现象的研究; 3. 外显子全基因组测序(Exome Sequencing)。外显子测序技术在遗传疫病研究中的 应用越来越普遍。 能够在一次反应中至少分析一个样本的全基因组外显子序列, 且测 序覆盖度不少于 100X,能够找到 5%以下的低频突变位点。 4. 扩增片段测序(Amplicon Sequencing)。常规的毛细管电泳测序方法每次只能测一 条扩增片段的序列。但是目前遗传疾病的研究中,往往需要同时分析上百个样本、每 个样本上百条序列。所以需要快速多重扩增试剂盒,同时扩增 1-384 个片段,且在 一个反应中最多同时对 96 个样本进行总共 36864 个片段的测序。 5. 甲基化研究(Methylation)。甲基化研究对于基因的调控和肿瘤的发生有非常密切 的关系,DNA 甲基化研究是肿瘤分子生物学研究的一个重要领域; 6. 基因组转录组学分析(Transcriptomics)。研究人员仅需要一次试验即可快速生成 完整的 poly-A 为尾的 RNA 完整序列信息,并分析基因表达、cSNP、全新的转录、 全新异构体、剪接位点、等位基因特异性表达和罕见转录; 7. ChIP-Seq 免疫共沉淀研究(ChIP-Sequencing)。ChIP-Seq 整合了染色质免疫沉淀 (ChIP)和海量平行 DNA 测序技术,可准确且低成本的识别和蛋白结合的 DNA 位 点。可用于研究肿瘤相关的基因调控机制; 8. 小 RNA 研究(Micro-RNA Sequencing)。小 RNA 可破坏肿瘤抑制基因 p53 活性, 此研究再次突出了小 RNA 研究与人体医学的许多分支,如癌症学和再生医学的相关 性和重要性; 1 单 价: 人民币元(折 美元) 美元)总投资: 人民币元(折 我校现有同类仪器名称、型号、数量、使用部门及使用率情况:安装地点 所属实验室申请人 主管院长 二、选型依据 推荐的仪器设备型号: 型 号 MiSeq Illumina 021- PGM Life Technology 021- Jr. Roche 021- 其 它生产商 联系电话 经销商 联系电话 报 实 价 价技术读长 2× 250bp; 一次运行产生数据量 7GB; 一次运行产生簇数量 14M; 文库构建原理:桥式 PCR; 测序原理:SBS 边合 成边测序原理; 系统组成: MiSeq 主机 无需其它设备;指标读长 100-200bp; 一次运行产生数据量 1GB; 一次运行产生簇数量 5M; 文库构建原理:油包水 PCR,非常复杂; 测序原理: 通过检测氢离子 浓度检测碱基变化, 不能检 测超过 6 个连续相同的碱 基; 系统组成: Ion Torrent PGM 主机 Torrent Server Milipore 纯水仪 One Touch System Sample Preparation Library Builder System;读长 400-500bp; 一次运行产生数据量 35M; 一次运行产生簇数量 100K; 文库构建原理:油包水 PCR,非常复杂; 测序原理:焦磷酸化学原 理, 不能检测超过6 个连 续相同的碱基; 系统组成: 454 Jr 主机 Coulter Counter Z1/Z2 emPCR Preparation System注:推荐仪器设备型号需 3 种或 3 种以上。 市场信息: 目前上述三款基因组分析仪在全国均有用户,MiSeq 应用状况最好,PGM 和 454 Jr 使用率较低,主要原因有以下几个方面: 1. 在测序通量方面,MiSeq 最高达 7GB,其次为 PGM 可达 1GB,最小的是 454 Jr.只 有 35M。 2. 在测序结果读长方面, MiSeq 可以达到 2×250bp, 454 Jr.可以达到 400-500bp, PGM 最短只能达到 200bp。 3. 在系统组成上面 MiSeq 最简单,只有一台主机,454 Jr.和 PGM 都需要配备专门的制 样设备,从使用和维护的角度来说 MiSeq 最为方便。 4. 在运行模式方面,MiSeq 和 454 Jr.均支持对读模式,PGM 只支持单端测序。 5. 在数据质量方面, MiSeq 和 454 Jr.产生的数据大部分均可以达到 Q30 的置信度, PGM 大部分数据只能达到 Q20。 6. 在应用方面,MiSeq 可以完成几乎全部二代测序的应用,454 Jr 侧重于 5M 以下微生 物基因组研究,PGM 目前多用于多重 PCR 产物测序。综合分析: 本院选取的三款二代高通量测序仪仪器性能是目前市场上同类产品中最优,能满足 我校科研需求。但是无论从数据参数、使用便利性、用户口碑、品牌认可度、售后服务 等各个方面,MiSeq 是我们的第一选择,其次为 454 Jr,最后为 PGM。 三、生产商/经销商资质与售后服务评价 Illumina/上海仁科生 美国应用生物系统 罗氏诊断产品(上海) 物科技有限公司 公司(上海) 有限公司 上海市淮海中路 334 号 瑞 安 广 场 2210 室 021- 无 无 无 有 有 / 有 有 上海市虹桥路 1 号 上海市淮海中路 1045 号 港汇中心 1 座 1706 淮海国际广场 12 楼 室 021-- 无 无 无 有 有 / 有 有 无 无 无 有 有 / 有 有生产商/经销商地址、电话产品注册证书 FDA/CE 证书 ISO 证书 计量合格证书 安全许可证书 注册资本金 授权代理证书 授权维修证书 负责维修单位 维修响应时间 维修技术 服务态度 维护费用 用户评价Illumina 公司中国维 Life Technology 公 Roche 公司中国维修站 修站 司中国维修站 24 小时 好 好 低 好 24 小时 一般 好 低 一般 24 小时 好 一般 较高 一般
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