微生物宏基因组测序

宏基因组学（Metagenomics），又称元基因组学，以特定生境中的整个微生物群落作为研究对象，采用新一代高通量测序技术，获得环境微生物基因信息总和，研究环境微生物的群落结构、物种分类、系统进化、基因功能及代谢网络等。宏基因组测序摆脱了传统研究中微生物分离培养的技术限制，直接提取环境样本DNA进行测序，具有通量高、速度快、信息全等特点，在鉴定低丰度的微生物群落、挖掘更多基因资源方面具有很大优势，基于测序技术和生物信息学的快速发展，宏基因组技术优势在微生物研究领域中愈发明显，应用范围愈发广泛。技术参数参考文献[1]BäckhedF,RoswallJ,PengY,etal.DynamicsandStabilizationoftheHumanGutMicrobiomeduringtheFirstYearofLife[J].Cellhostµbe,2015,17(5):690-703.[2]SunagawaS,CoelhoLP,ChaffronS,etal.Structureandfunctionoftheglobaloceanmicrobiome[J].Science,2015,348(6237):1261359.案例解析［案例一］婴儿肠道微生物宏基因组[1]肠道微生物对人体至关重要，本文采用宏基因组测序技术对98个瑞典产妇的粪便及婴儿的粪便进行分析，研究出生一年内肠道的微生物，评估分娩方式和喂养方式对肠道菌群建立的影响。与顺产婴儿的肠道微生物相比，剖腹产婴儿肠道微生物与母亲相似性明显降低。营养对肠道微生态的组成和功能有重要影响，促使婴儿肠道微生物向成人肠道微生物群转变的主要驱动力量并不是开始喂食固体食物，而是停止母乳喂养。微生物群落组成和生态网络在不同样本阶段具有明显差异，与微生物功能成熟度相关。［案例二］全球海洋微生物群体的结构与功能[2]微生物是生物地球化学进程的主要推动力，但对它们的功能多样性、微生物种群结构以及生态因素进行总体分析还存在很大的挑战。本研究采集全球海洋68个位点的上层和中层海水的243个样本进行宏基因组分析，得到7.2TB数据。对获得的数据进行分析，发现139个样本中含有的微生物物种数目多于35,000个，而且在上层海水的垂直分层中，温度是影响微生物种群分布的主要因素。分析海洋微生物核心功能，发现其与人体肠道微生物的相似性高达73%。图1不同生产方式及不同年龄阶段肠道菌群的差异图2TaraOceans在全球海洋微生物中发现的新基因多样性多样本标准分析PCA分析HeatmapClusterKrona物种注释展示差异显著性分析OG－物种归属分析代谢通路分析样品要求文库类型测序策略数据量类型分析内容项目周期宏基因组测序35～75个自然日HiSeqPE1505Gb/10GbRawdata300bp小片段文库常见环境样本（请使用干冰或冰袋运送）土壤、淤泥、沉积物≥5g粪便≥2g组织样本≥1g水体送样为过滤后的滤膜（最适滤膜直径3-4cm）拭子样本≥2个DNA样本（请使用干冰或冰袋运送）DNA：浓度≥50ng/μl总量≥2ngOD260/280：1.8~2.0，无RNA、蛋白质等杂质污染多样本高级分析MRPP分析NMDS分析Anosim分析LEfSe分析CCA／RDA分析Occurrencefrequency（n＝15）1