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環境微生態 多組學測序 多組學測序

多組學測序 生信分析 技術參數 案例解讀 留言咨詢

       多組學技術(Multi-Omics)結合兩種或兩種以上組學研究方法,如基因組、轉錄組、蛋白組或代謝組,對生物樣本進行系統研究,同時將各組學的數據加以整合分析并深入挖掘生物學數據。在環境微生物群落研究領域,微生物多樣性測序、宏基因組、宏轉錄組、宏蛋白組、宏代謝組等技術的交叉融合,為微生物群落的結構組成、基因功能、代謝途徑、微生物-環境互作研究提供了新的研究思路。通過多組學技術,不僅可以注釋并解析環境微生物群落的結構與功能,還可以比較實驗組與對照組在不同水平下物種的活性豐度、基因的差異表達、代謝途徑的強弱,進而解析生物學過程(疾病發生、環境治理、食品發酵等)的內在機制。

多組學研究優勢

生物學現象復雜多變,基因表達調控復雜,且基因轉錄或翻譯后還有各種修飾,進行單一組學研究時結論往往不夠全面,因此單一組學研究存在瓶頸。在環境/宿主微生態研究領域, 多組學深度結合分析將宏基因組MG及宏轉錄組(MT從拼接開始就一起分析,MG、MT使用統一標準(RPKM)進行物種、功能的比較;通過MT/MG比值分析物種、功能的轉錄活性;研究微生物-環境互作等,深入揭示生物學現象背后的作用機制。微生態領域的研究逐漸從單一組學向多組學聯合分析發展是大勢所趨。 

美吉優勢   

       提供國內首家多組學深度結合分析服務。

       美吉生物為客戶提供專業、快捷的微生物多樣性、宏基因組、宏轉錄組、宏蛋白組、宏代謝組等多組學售前方案、結題報告以及包括報告專業解讀在內的售后服務。

       美吉生物擁有7年的菌群檢測經驗,配備全球最先進的高通量測序檢測平臺和質譜平臺,年檢測樣本達數十萬例。
       美吉生物利用各組學技術為客戶在微生物領域發表文章300+篇,累計影響因子1000+。

產品流程


技術參數


產品類型

平臺選擇

宏基因組

Illumina HiSeq 4000

宏轉錄組

宏蛋白組

Triple TOF 5600;  Q-Exactive;  Orbitrap FusionTM TribridTM

宏代謝組

QTrap5500;  Triple TOF 5600;  Agilent 890A-5975C


案例一:活性土、凍土和熱巖溶沼澤土微生物的多組學分析

超過20%的地球陸地表面被富含碳的凍土所覆蓋,未來這些凍土一旦解凍將成為生物圈向大氣層轉移碳的最大的代表。這種過程很大程度上依賴于微生物的反應,但是我們對于完整的微生物的活動所知甚少,更不用說融凍過程及凍土了。最近基于分子生物學手段揭示了一些凍土中微生物的特征及功能基因組成以及在短期解凍實驗過程中功能基因組成的快速轉變。然而凍土碳的命運依賴于氣候、水文及微生物在年代尺度上解凍過程中的響應。本文通過16S多樣性、宏基因組、宏轉錄組和宏蛋白組四種技術分別研究了三種土壤類型(活性土、凍土和熱巖溶沼澤土)中的土壤微生物組成,包括新物種的基因組草圖重構、不同解凍狀態下微生物的功能活性。研究結果表明,土壤微生物的過程速率(process rate)與多組學得到的主要途徑(如產甲烷)存在很高的相關性。


實驗設計:



實驗結果:


1a)不同組學技術檢測的凍土、融凍土和熱巖溶沼澤土壤微生物系統發育組成;(b)門水平上豐度前10的物種MT/MG比值


2 多組學技術揭示凍土、融凍土和熱巖溶沼澤土壤微生物主要代謝途徑之間的差異


案例二:家蠅幼蟲腸道微生物顯著改變豬糞抗生素抗性

中國是世界上最大的抗生素生產者和消費者,超過46%的抗生素被用于畜牧業中的生長率提高和疾病控制。豬飼養業務在中國的流行也創造了全球最大的豬糞便量。動物只能吸收少量的抗生素,所以豬糞便成為了環境中抗生素污染的主要來源,因此未被處理的糞便成為環境微生物群中抗生素抗性的重要潛在儲層。本文通過對豬糞和家蠅幼蟲腸道進行16S多樣性和宏基因組測序,揭示了家蠅幼蟲腸道菌群對豬糞組成及其抗生素抗性基因的影響。研究表明,幼蟲腸道運輸影響糞肥運輸細菌的攝取,通過生態的進化壓力改變群落結構和抗性。


實驗設計:

 

實驗結果:


1a基于weighted UniFrac距離的PCoA;(b)屬水平群落結構組分圖;(cKEGG levelII功能預測(PICRUST


2 左圖,所有樣本中都能觀測到的ARGs豐度Heatmap圖;右圖,幼蟲處理期間的ARGs動力學與細菌分類/OTUs之間潛在聯系的局部相似性分


案例三:Opalinus Clay巖石氫驅動的微生物代謝網絡的重建  

       地表深層微生物的研究關乎地下水和原油儲存的地質化學,影響資源抽提的可行性。另外,也可以監控核污染。在深層地質的系統需要詳細理解主要過程(物理,化學和生物),如:腐蝕鋼鐵的氧化釋放的H2,在封閉空間可增加壓力,危害工程柵欄的完整性,另一方面,H2是微生物電子和能量的來源。因此,在儲藏室中微生物的活性預期為有益的影響,在這種限制條件環境下通過減少H2的壓力是有益的。為了驗證這些假設,本研究使用位于瑞士的乳白色粘土巖,目前有深層的地質儲藏室。通過在地表300m以下,向Opalinus Clay地上鑿孔通入H2 ,結合捕獲地上鑿洞水的監視器觀測地下儲藏條件下的化學和生物變化和微生物代謝網絡。  


實驗設計:


 實驗結果:


1 宏基因組binning(右圖)和16S rRNA基因測序(左圖)兩種方法所描述的微生物群落組成相似

2 22個高質量MAGS的代謝能力Heatmap


3 宏蛋白組分析和群落水平代謝網絡。(左圖)Desulfobulbaceae c16a代謝途徑;(右圖)宏蛋白數據中獲得的碳循環。


參考文獻:  

[1]Hultman J, Waldrop M P, Mackelprang R, et al. Multi-omics of permafrost, active layer and thermokarst bog soil microbiomes[J]. Nature, 2015, 521(7551): 208-212.

[2]Wang H, Sangwan N, Li H Y, et al. The antibiotic resistome of swine manure is significantly altered by association with the Musca domestica larvae gut microbiome.[J]. Isme Journal, 2016.

[3]Bagnoud A, Chourey K, Hettich R L, et al. Reconstructing a hydrogen-driven microbial metabolic network in Opalinus Clay rock[J]. Nature Communications, 2016, 7: 12770.


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