探秘微生物生命运动规律的“前世今生”
2022.04.01

随着高通量测序产品在市场上层出不穷,宏基因组俨然成为斩获微生物高分文章的“尚方宝剑”,如何get一个好的发文思路,揭示微生物前世今生的“爱恨情仇”,如果你也对这个话题感兴趣的话,快和小编一起看下去吧~


01 宏基因组初识


微生物是自然界中分布广、种类多、数量大的生物类群。由于微生物群落复杂、且只有不到1%的物种能分离纯化的特点,让不少学者都望而却步。因此宏基因组一经出现,便受到各路大神的热捧~


宏基因组,即生境中全部微小生物遗传物质的总和。而宏基因组学(Metagenomics)是在微生物基因组学的基础上发展起来的一种研究群落微生物多样性、开发新物质或研究新功能的一门组学技术。


02 宏基因组和16S测序区别


传统的二代16S测序适用于揭示群落的物种组成,但因为序列只有300 bp – 480 bp,所以不能将全部获得的序列注释到种水平。虽然基于PacBio平台进行三代16S测序可以获得16S全长序列,但是依然不能了解群落的功能。


相比之下,宏基因组的研究对象是群落中的所有基因,能更加明确微生物的功能,即微生物群落能干什么的问题。宏基因组也可以进行微生物群体的物种分类,包括:多样性分析,群落结构,功能注释,样品间的物种或基因差异以及物种间的代谢网络研究。


03 宏基因组研究策略


目前的宏基因组测序策略大致可以分为三部分,二代、三代宏基因组测序和分箱组装。


1648776326552146.png


看了上面的策略制定的表格,老师们是否对心仪的测序平台有了初步的选择呢?


04 宏基因组实验流程


在二代宏基因组的实验流程中,首先,会对提供的DNA或者从提供的样本中抽提的DNA进行纯度、浓度和体积等方面的检测。其次,对检测合格后的样品进行文库制备和文库质检。文库制备即通过提取样品的基因组DNA并随机打断,电泳回收所需长度的DNA片断,并加上接头引物,制备得到所需文库。最后,对质检合格的文库进行上机测序。


在三代宏基因组的实验流程中,质检合格后的DNA,通过PacBio SMRT技术构建SMRT bell环状文库,通过环状重复测序并纠错,得到subreads或者CCS。


05 宏基因组分析流程


二代宏基因组信息分析流程图如下所示:

1648776147223453.png

三代宏基因组信息分析流程图如下所示:


1648776184199464.png


除了标准分析外,安诺优达还其他提供个性化的分析方案,助力宏基因组更细致的研究。


06 宏基因组研究难点


那么当代宏基因组的研究中存在哪些困难和挑战呢?


首先,样本准备要求严格。宏基因组是对环境中的微生物进行分析,收集到足够微生物是建库成功的第一前提。尤其是做三代16S或者三代宏基因组,需要收集不低于15 μg的DNA,且主带无降解。


其次,组装难度高。由于宏基因组样品组成复杂,大多数情况下,是基于de brujin graph进行组装,当样品量/数据量增加时,对计算资源的需求是指数增长的。另外,由于物种间异质性较高,不能用固定的k-mer进行组装,所以需要混合k-mer进行组装,个体基因组进行组装时,主要受到种内的重复序列影响。而宏基因组组装会受到物种内和物种间重复序列的双重影响。如果序列的组装不够准确的话,会直接影响到物种和基因的注释以及功能的分析。



看到这里有没有对宏基因组的研究更加心动了呢,下期就带大家盘点一下二代宏基因组的应用领域和取样策略。