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微生物多组学碰撞怎么能少了它
        是时候聊聊它了。
        微生物多组学
        关于微生物文章,各有各的心得,正如俗话说的好:一千个观众就有一千个蒙娜丽莎。
        偶有一个“小心得”评价一篇文章好不好,最高评价之一,有血有肉。
        要说有些高分文章比一些低分文章创意有多高。
        未必。
        但人家就是:

 
 
 
        看看人家
        扩增子(解释物种组成)、
        宏基因组(解释基因功能和通路)、
        宏转录组(解释活性基因和差异表达基因)、
        宏蛋白组(解释蛋白质组成)、
        宏代谢组(解释代谢物组成)
        多水平、多层次、多角度、真不错!
        全部做了?
        太贵,承受不起!
 
挑选两个来做吧!
        1     扩增子+宏基因组
        2     扩增子+宏转录组
        3     扩增子+宏代谢组
        4     扩增子+宏蛋白组
        5     扩增子+宏基因组+宏转录组+………
        等等!怎么都有扩增子测序啊?
        正所谓:微生物多组学碰撞怎么能少了它!
        看看下图您就明白了

 
A multi-omic future for microbiome studies. Nature Microbiology, 2016, 1: 16049.
 
 
 
案例1   16s rDNA扩增子测序+代谢组
 
中文题目:痛风患者的粪便微生物组和代谢组联合分析
英文题目: Combined Signature of the Fecal Microbiome and Metabolome in Patients with Gout
期刊名:Frontiers in Microbiology   
发表时间:2017   
研究对象:26名男性痛风患者和26名男性健康人的粪便样本
技术方法:16s rDNA测序( V3~V4);代谢组;
研究结果:
 
    多样性指数在痛风患者中相对于健康人群低,预示痛风患者肠道的微生物多样性较低。
    痛风患者和健康人群肠道菌群结构明显不同。
    在痛风患者的粪便菌群中,包括拟杆菌门、绿弯菌门等致病菌增加。
    通过代谢组鉴定到46个代谢物,丙氨酸,甘氨酸,牛磺酸、琥珀酸等在痛风患者显著富集,缬氨酸,天冬酰胺,天冬氨酸等在健康人群中显著富集。
    发现痛风患者富集的微生物与痛风患者富集的代谢物存在正相关或负相关。
 
 
图1 健康对照组和痛风患者的粪便代谢物与肠道菌群的Spearman’s 等级相关系数
 
 
案例2   16s rDNA扩增子测序+宏基因组
 
中文题目:舌苔,唾液微生物群落变化与儿童口臭
英文题目: Tongue Coating and the Salivary Microbial Communities Vary in Children with Halitosis
期刊名:Scientific Reports      
发表时间:2016  
研究对象:10个健康儿童的舌苔样本、唾液样本; 10个口臭儿童的舌苔样本、唾液样本
技术方法:16s rDNA测序( V1~V3);宏基因组(4组样本分别混池,形成4个混池样本);
研究结果:
 
    口臭儿童舌苔样本的微生物多样性相对于健康儿童高,但口臭儿童和健康儿童的唾液样本之间微生物多样性则没有显著差异。
    无论是唾液样本还是舌苔样本,儿童和口臭儿童的群落结构可以明显区分。
    对4个混池样本进行宏基因组测序,通过对差异基因进行通路注释,发现“传染病:细菌”和“酮类化合物与萜类化合物代谢”两个通路在口臭儿童的唾液和舌苔样本中都得到显著富集。
    通过对儿童和口臭儿童的H2S代谢通路进行差异分析,发现H2S合成的相关基因在口臭儿童样本中丰度高,而H2S降解的相关基因在口臭儿童样本中则丰度低,导致在口臭儿童样本中H2S的水平升高。

 
图6 口臭和健康儿童样品中H2S代谢通路差异分析。
 
 
案例3  16s rDNA扩增子测序+宏转录组
 
中文题目:中度和重度慢阻肺(COPD)患者痰样本的宏基因组和宏转录组分析
英文题目: Metagenome and Metatranscriptome Profiling of Moderate and Severe COPD Sputum in Taiwanese Han Males
期刊名: PLoS One      
发表时间:2016  
研究对象:4个中度慢阻肺患者痰样本和4个重度慢阻肺患者痰样本
技术方法:16s rDNA测序( V4)(共测得419,990条reads);宏转录组(共测得383,737,281条reads);
研究结果:
    16s rDNA扩增子测序和宏转录组测序的Shannon指数分析都发现,重度慢阻肺(COPD)患者的微生物多样性稍高。
    16s rDNA扩增子测序和宏转录组测序鉴定到中度和重度组门水平微生物分布结构有所不同:16s rDNA扩增子测序发现中度组丰度最高的门依次是厚壁菌门、拟杆菌门、梭杆菌门、变形杆菌门,重度组丰度最高的门依次是拟杆菌门、厚壁菌门、梭杆菌门、放线菌门。宏转录组测序发现中度组丰度最高的门依次是变形菌门、厚壁菌门、放线菌门;重度组丰度最高的门依次是变形菌门、拟杆菌门、梭杆菌门和厚壁菌门。
    在中度组和重度组差异最大的前10个属中,虽然16s rDNA扩增子测序和宏转录组测序都认为普雷沃菌属、梭杆菌属、牙龈卟啉单胞菌属、奈瑟菌属在重度组富集更多,而链球菌属则在中度组富集更多,但是这两种技术在两组样本中鉴定到这些细菌的相对丰度是不一致的。

 
 
图1   16s rDNA扩增子测序和宏转录组测序鉴定到中度组和重度组差异最大的前10个属
 
 
 
案例4   16s rDNA扩增子测序+宏基因组+宏转录组+宏蛋白组
 
中文题目:不同解冻状态土壤(永久冻土、 融冻层土壤、热喀斯特沼泽土壤)微生物多组学研究
英文题目:Multi-omics of permafrost, active layer and thermokarst bog soil microbiomes
期刊名:Nature   
发表时间:2015   
研究对象:永久冻土土壤样本、 融冻层土壤样本、热喀斯特沼泽土壤样本
技术方法:16s rDNA测序(每组4例);宏基因组测序(MG)(每组2例,总数据量84.2Gb);宏转录组(MT)(每组2例,总数据量20.4Gb);宏蛋白组(MP)(7000个蛋白质);
 
研究结果:
    通过宏基因组,宏转录组和宏蛋白组技术发现,所有土壤样本中细菌和古菌占主要部分,真菌很少,融冻层土壤样本和热喀斯特沼泽土壤样本的宏转录组数据比较类似,而永久冻土样本在宏转录组和宏蛋白组数据占比最少。
    16s rDNA扩增子测序、宏基因组、宏转录组3种技术共同发现融冻层土壤在物种和功能的多样性最丰富。通过进行样本基因表达水平和功能基因的比较分析分析(宏转录组/宏基因组),发现在永久冻土样本中变形菌门,放线菌门和厚壁菌门比值最高,而放线菌门,酸杆菌门和变形菌门在融冻层土壤中比值最高,预示着这些物种分别在不同类型土壤中最有活力。

 
图1永久冻土土壤样本(Permafrost)、 融冻层土壤样本(Active layer)、热喀斯特沼泽土壤样本(Thermokarst bog)微生物组成。
 
    通过分析宏转录组/宏基因组比值分别在3种土壤类型中检测了氨吸收,反硝化作用,甲烷产生,甲烷氧化,固氮,硫酸盐还原等过程的基因活性,结果发现热喀斯特沼泽土壤样本中产甲烷途径的宏转录组/宏基因组比值最高,永久冻土土壤样本和 融冻层土壤样本中甲烷氧化途径的宏转录组/宏基因组比值最高。

 
图2永久冻土土壤样本(Permafrost)、 融冻层土壤样本(Active layer)、热喀斯特沼泽土壤样本(Thermokarst bog)的宏转录组/宏基因组比值。Amm,氨的吸收;Denit,反硝化作用;Met,甲烷;MOX,甲烷氧化;Nif,固氮;Sul,硫酸盐还原。
 
    通过宏蛋白组技术,发现在永久冻土土壤样本中冷休克相关蛋白丰度较高,在 融冻层土壤样本中,检测到一些冷休克相关蛋白,而在热喀斯特沼泽土壤样本,冷休克蛋白则非常少。
 
参考文献:
1     A multi-omic future for microbiome studies. Nature Microbiology, 2016, 1: 16049.
2     Combined Signature of the Fecal Microbiome and Metabolome in Patients with Gout.Frontiers in Microbiology, 2017 Feb 21;8:268.
3     Tongue Coating and the Salivary Microbial Communities Vary in Children with Halitosis.Scientific Reports, 2016 Apr 15;6:24481.
4     Metagenome and Metatranscriptome Profiling of Moderate and Severe COPD Sputum in Taiwanese Han Males. PLoS One, 2016 Jul 18;11(7):e0159066.
5     Multi-omics of permafrost, active layer and thermokarst bog soil microbiomes.Nature, 2015 May 14;521(7551):208-12.
 
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