基于新一代高通量测序的环境微生物转录组学研究进展

环境微生物转录组学是一门新兴学科,它以复杂环境样品中的微生物mRNA为研究对象,利用近年兴起的RNA-Seq高通量测序技术,在整体水平上对环境微生物的基因表达水平和调控规律进行研究.本文概述了环境微生物转录组研究从样品的采集保存、RNA提取、mRNA的富集、cDNA合成直到高通量测序及数据分析的基本流程.总结了该技术面临的主要瓶颈:环境样品mRNA含量低、腐植酸等干扰杂质多、rRNA去除程度有限.针对RNA的提取、纯化以及mRNA的富集这些重点步骤,详细阐述了近年来在提高mRNA的得率与纯度上的方法学进展.重点介绍了高通量测序数据的处理及分析方法,从测序数据的质量控制、序列组装、rRNA的鉴定及去除、功能基因注释及分类到差异表达基因的鉴定.最后总结了近年来环境微生物转录组学在新基因的发现、不同环境条件下微生物的基因表达及调控规律研究、有机物的代谢路径分析等3个主要研究领域的广泛应用.随着测序技术及生物信息学分析工具的发展进步,环境微生物转录组学将具有更广阔的应用前景.     

环境微生物的宏基因组学研究新进展

宏基因组学以环境中微生物的基因组的总和为研究对象,从而规避了传统方法中绝大部分微生物不能培养的缺陷,因此近年来在环境微生物学研究中得到了广泛应用.本文重点介绍了宏基因组学技术中关键的两类技术:即以罗氏454及Illumina为代表的高通量测序技术和以基因芯片(GeoChip)为代表的基因芯片技术在微生物研究中的应用.测序技术可以发现新物种和新基因,但由于测序深度有限,定量性差,不易发现低丰度物种,且易受污染物干扰.芯片技术很好地克服了这些局限,但不易于发现新基因.本文介绍了这些技术近年来在气候变化、水处理工程系统、极端环境、人体肠道、石油污染修复、生物冶金等方面取得的部分代表性成果.在此基础上,对宏基因组技术在环境微生物研究方面的未来发展方向提出了预判和展望.我们认为由于两种技术各自的优缺点,今后将两类技术结合起来的综合研究会越来越多.另外,由于大量数据的处理方法已成为制约宏基因组学发展的瓶颈,相应的生物信息学技术开发将是未来科研的热点和难点.     

16S rRNA基因两个可变区对反映肠道菌群多样性与物种鉴定能力的比较分析

【摘 要】 目的 目前基于新一代测序技术开展的人类肠道元基因组学研究已成为微生物学乃至整个生物学中最活跃和最有潜力的学科方向。现阶段绝大部分以肠道菌群为靶标的研究主要基于16S rRNA基因可变区测序。本研究关注的是测序技术发展使得序列的读长能力延长后,选择16S rRNA基因V1-V3区与V3-V5区进行测序所反映的多样性与物种组成信息的异同点。方法 以两个真实的16S rRNA基因全长Sanger测序数据为基础,对其中的V1-V3和V3-V5两种片段进行了模拟数据的分析,将它们分别与16S rRNA基因的全长片段在OTU多样性水平和物种组成信息方面进行比较。结果 结果显示V1-V3区在OTU多样性上较V3-V5区更为接近全长序列;在物种组成表现上,两个可变区鉴定出的大部分的属的丰度与全长序列分析结果一致,但是各自有少数属的丰度结果与全长序列丰度结果存在差异。结论 在多样性分析上,选择V1-V3区片段能得到与全长更为接近的结果;而具体到菌种的组成分析中,V1-V3区和V3-V5区都有其局限性。     

从猕猴肝脏组织扩增黄嘌呤脱氢酶／氧化酶基因片段

RT-PCR扩增猕猴黄嘌呤脱氢酶／氧化酶（XDH／XO）基因片段,为进一步开展相关研究提供实验资料。方法提取猕猴新鲜肝脏组织总RNA,用RT-PCR二步法进行XDH／XO基因片段扩增,对获得的目的片段进行序列测定,与GenBank上发表的人类（Homosapiens）、小鼠（Musmusculus）、家鼠（Rattusnorvegicus）、野猪（Susscrofa）等物种XDH／XO基因进行该序列同源性比对分析,DNAMAN软件预测该段核苷酸的氨基酸序列,Inter-ProScan及SWISS-MODEL工具进行XDH／XO的编码蛋白结构域及功能预测及三维结构构建。结果RT-PCR产物电泳检测得到了与设计大小相一致的目的条带,序列测定共测到683个核苷酸,DNAMAN软件预测该段核苷酸的氨基酸序列包括了1个编码53个氨基酸的开放阅读框（ORF）,通过该软件包中Multiplealignment对目的基因片段的核苷酸序列与NCBI报道的人类、小鼠、家鼠、野猪XDH／XO基因mRNA互补的cDNA核苷酸序列同源性进行同源性比较分析,结果显示所扩增得到的目的片段与人类同源性最高,为95．6％,与小鼠、家鼠、野猪的同源性分别为85．2％、84．3％、86．1％,说明获得的基因片段是猕猴的XDH／XO基因片段,且该基因在物种间具有较高的相似性。生物信息学预测该段XDH／XO编码蛋白含有醛氧化／脱氢酶的钼喋呤结合点结构域及黄嘌呤脱氢酶结构域。结论在体外成功扩增出猕猴XDH／XO基因片段,为进一步开展高尿酸血症致病机理研究,抗高尿酸血症新药研发奠定工作基础。     

水产品中河流弧菌分离株OmpU基因的克隆测序与生物信息学分析

目的 对河流弧菌(Vibrio fluvialis)水产品分离株OmpU基因进行克隆测序和生物信息学分析,为建立该菌的检测方法和研制疫苗奠定基础.方法 从市售水产品中分离细菌,采用表型和分子鉴定方法确定其种属,并测定其致病性和药物敏感性.根据弧菌属OmpU基因的序列特点,设计引物扩增河流弧菌OmpU基因,将其克隆到T载体上,筛选重组质粒并对其进行序列测定及生物信息学分析.结果 从水产品中分离的2个菌株(Vf1和Vt2)经鉴定确认为河流弧菌,它们均具有致病性,对15种测试抗菌药物敏感.2株河流弧菌OmpU基因全长分别为1 044和1 005 bp,含有1个开放性阅读框,分别编码由348和335个氨基酸组成的OmpU蛋白,该蛋白N端前22个氨基酸为信号肽.序列比对结果显示2株河流弧菌OmpU基因的核苷酸及其推导的氨基酸序列相似性分别为82.6％和81.2％.OmpU蛋白序列在6种弧菌种内和种间的相似性分别为81.4％ ～ 99.2％和71.2％ ～78.1％.表位预测结果显示河流弧菌OmpU蛋白的B细胞线性表位主要集中在第24 ～ 28、45～ 53、113～116、153～156、215～ 221和242～254位氨基酸区域,6种弧菌具有1个共同的抗原表位基序KDG-A-D-S.结论 OmpU蛋白是弧菌属中较为保守的一类功能蛋白,共同的抗原表位基序有望成为检测多种弧菌的靶标和研制多表位疫苗的靶位.     

焦磷酸测序检测食品中鼠伤寒沙门氏菌

根据鼠伤寒沙门氏菌的特异序列,分别设计扩增引物和测序引物,建立焦磷酸测序检测鼠伤寒沙门氏菌的方法。针对鼠伤寒沙门氏菌设计特异性扩增引物,对目标片段进行PCR扩增,然后制备单链模板,并利用测序引物进行焦磷酸测序。测序结果表明,6株不同来源的鼠伤寒沙门氏菌均可以扩增出碱基序列为TACAACCGGA GTGCACATTA ATCCCGCAGC的基因片段,而30株阴性对照菌株均未得到扩增。进行BLAST比对表明,该序列与GenBank中鼠伤寒沙门氏菌的碱基序列100%匹配。焦磷酸测序法是一种快速、准确的检测方法,可用于食品中鼠伤寒沙门氏菌的快速检测。     

New microbiota found in sputum from patients with community-acquired pneumonia

Community-acquired pneumonia （CAP） is a major concern in hospitals and the bacterial community of which has not been systemically discussed yet. Sputum from patients in the acute stages is a kind of accessible sample reflecting its fea- tures. In our study, we analyzed 45 sputum samples from 45 patients with CAP. Eighteen sputum samples from healthy people were chosen as the controls. Pyrosequencing of the 16s rDNA V3 hypervariable regions of aH the bacteria con- tained in the sputum was used as a culture-independent method to disclose the community constitution. Also, our published data for hospital-acquired pneumonia （HAP） in sputum was used for comparison. By pyrosequencing, 〉90,000 DNA reads were detected. After being analyzed by tools in the Ribosomal Database Project, the reads were clas- sified into five main phyla and 〉100 genera. At the phyla level, the reads＇ distribution of CAP is similar to that of healthy people and at genera level, the occurrence of each genus possesses their feature in three categories. Genera such as Streptococcus and Neisseria showed stability in their percentages, indicating that such genera are rarely affected by exogenous bacteria or antibiotics. The role of other genera such as Moraxella and Rothia in CAP should be emphasized. According to our analysis, the bacterial communities of CAP are with slight change when compared with those of healthy people, but have a large gap between HAP. Meanwhile, Rothia might be an important endogenous pneumonia-causing factor.     

医学真菌基因组学研究进展(上)

近年来,一系列重要医学致病真菌全基因组数据陆续被公布,使人类对这些致病菌的认识提高到全新水平.本文在回溯医学真菌基因组学和基因组测序技术发展历程、综述其发展现状及应用的基础上,再分别介绍重要医学真菌全基因组测序的进展.     

落叶松干细胞发育模型研究中酌高通量测序技术

后基因组时代的生命科学研究对每一位林业科学工作者来说都充满了挑战。随着“后基因组时代”的到来,国际学术界已经认识到发展低成本、高效率的测序技术的重要,陛。在这样的背景下,高通量测序技术应运而生,成为DNA测序发展历程的一个新的里程碑,为现代生命科学领域的研究提供了前所未有的机遇。其代表性技术平台有Roche的454N序技术、Illumina的Solexa测序技术、microRNA微阵列芯片技术及降解组高通量测序技术。目前,此系列技术在模式植物中挖掘关键基因的研究已经非常成熟。在林木领域,尤其是在尚无参考基因组和基因组信息庞大的裸子植物中的应用逐渐成为研究热点,并已经取得了很大的进展。     

大数据处理扩大市场基因组医疗呼之欲出

日本生物IT市场2016年可望增长到950亿日元（1日元：0．06045元人民币,仅供参考,下同）的规模。 大量数据处理的需求不断增长,正在产生新的商机。 利用基因测序的数据进入医疗现场已纳入日程。