大盤點|微生物組三代測序技術(shù)與高級分析

隨著微生物的基因組研究技術(shù)發(fā)展,科學研究者認識到九巡,微生物基因組很大程度上決定了生物體的某些表型并影響其從事的生命活動等图贸,因此進行微生物基因組研究,將大大有助于揭示微生物的生命起源和奧秘冕广。

小編特整理了研究微生物組的三大三代測序技術(shù)疏日,從技術(shù)簡介、三代測序優(yōu)勢和測序分析目的三個方面教你如何進行選擇撒汉。更有與微生物組相關(guān)的高級分析盤點沟优!馬上一起來了解一下吧。

一. 微生物組三代測序技術(shù)

二. 高級分析盤點與結(jié)果展示

1.全長擴增子測序技術(shù)-高級分析點

貝葉斯網(wǎng)絡(luò)圖

在生態(tài)學當中神凑,貝葉斯網(wǎng)絡(luò)常用于判斷微生物之間净神、微生物和環(huán)境之間以及微生物與代謝物之間的依賴關(guān)系何吝,還可根據(jù)微生物群落結(jié)構(gòu)組成判斷不同組別樣品之間的因果關(guān)系溉委。

圖1 微生物與環(huán)境因子之間的貝葉斯網(wǎng)絡(luò)(本地化 Cytoscape 繪圖)

Source Tracker溯源分析

Source Tracker是一款追蹤微生物來源的軟件,基于貝葉斯算法爱榕,探究目標樣本(Sink)中微生物來源(Source)的分析瓣喊。此分析可根據(jù) Source 來源樣本和 Sink 目標樣本的群落結(jié)構(gòu)分布,進一步預(yù)測 Sink 目標樣本中來源于各 Source 來源樣本的組成比例黔酥。

圖2 根據(jù)source 來源樣本對 sink 目標樣本菌群來源的比例估計藻三,圖例表示來源環(huán)境(source)

2. 三代宏基因組測序技術(shù)-高級分析點

Contig Binning

Contig Binning是將組成相似或豐度一致的Contigs聚類到同一物種完成單菌的草圖組裝,從而進一步解析菌株的功能特性的研究方法跪者。簡單來說就是把宏基因組數(shù)據(jù)中來自同一菌株的序列聚到一起棵帽,得到一個菌株的基因組,進而可在基因組層面進行物種與功能分析渣玲。依托三代宏基因組的相對完整組裝結(jié)果逗概,配合Contig Binning的方法,可以更高程度的恢復復雜環(huán)境微生物基因組的構(gòu)成忘衍。

圖3 Contig Binning后獲得單菌的注釋結(jié)果及進化關(guān)系展示圖

readsmapping

readsmapping是基于測序reads直接和已知數(shù)據(jù)庫進行比對的分析方法逾苫,從而在種水平進行物種的鑒定,該方法可以有效解決因宿主污染導致的有效數(shù)據(jù)量低枚钓,難以支撐組裝铅搓,無法進一步分析的困境。常用的分析工具有MetaPhlAn2和Kraken2搀捷,基于mapping后的物種注釋結(jié)果可進行一系列的統(tǒng)計分析星掰。

圖4 各層級物種注釋相對豐度熱圖
圖5 LefSe分析LDA值分布柱狀圖
圖6 各樣品各個層級注釋結(jié)果Graphlan圖

3. 細菌,真菌全基因組de novo測序技術(shù)-高級分析點

單菌的全基因組高級分析除了我們熟知的比較基因組分析、群體進化分析和物種分型分析外氢烘,本次小編主要介紹了兩個高級分析便斥,cgMLST分析和基因家族擴張和收縮分析。

cgMLST分析(細菌完成圖)

cgMLST分析可對所研究的未知菌株群體進行序列分型威始、群體進化史研究枢纠、疾病的傳播途徑推測或驗證,最終實現(xiàn)對現(xiàn)有菌株信息的整體把控黎棠、病原菌的風險評估等研究目的晋渺,對人類疾病的預(yù)防和控制提供有價值的信息。相比傳統(tǒng)MLST分型分析脓斩,cgMLST 具有更為高效木西,精確,快捷的特點随静。

圖7 cgMLST 靶基因圈圖展示(標注傳統(tǒng) MLST 代表靶基因)
圖8 不同分組樣本的最小生成樹

基因家族擴張和收縮(真菌精細圖)

基因家族擴張和收縮分析可展現(xiàn)某個基因家族在一個或幾個物種中基因數(shù)目呈現(xiàn)明顯差異的現(xiàn)象(多指擴張八千,少指收縮)進而確定生物間表型差異背后的遺傳變化情況×敲停基因家族規(guī)模的變化對物種進化可能有利恋捆、有害或者中性,基因家族的數(shù)量變化是形成物種特異的重要原因之一重绷。

圖9 基因家族擴張和收縮樹圖

2023年雖然陌生沸停,但也會給我們帶來精彩,讓我們無限暢想昭卓,不斷創(chuàng)新愤钾,一起迎接微生物組學的新發(fā)現(xiàn)。

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