宏基因组的生物信息分析

基于高通量测序的宏基因组学研究是近年来的研究热点之一。宏基因组的生物信息分析正在逐渐完善成熟．各种分析软件和流程的开发与应用,极大地促进了宏基因组研究的发展,特别是在遗传与进化、基因发现、宏基因组和人类疾病的相关研究等方面取得了显著成果。本文旨在结合宏基因组学的研究内容和研究方向,对宏基因组的生物信息分析方法进行综述,探讨宏基因组的生物信息分析面临的机遇和挑战。     

宏基因组与宏基因组学

宏基因组学诞生于上世纪90年代,是指不经过微生物培养阶段,采用直接提取环境中总DNA的方法,对微生物基因总和进行研究的一门新学科.宏基因组技术的出现,使得人们对占微生物总体99%以上不可培养微生物的研究成为现实,微生物基因的可探测空间显著增大.总的来说,目前宏基因组技术的应用主要分为两个方面:一方面是筛选功能基因,开发具有所需功能的蛋白;另一方面是通过对宏基因组文库进行分析,探讨在各种环境下微生物间相互作用和微生物与周围环境间相互影响的规律,以便我们能更加客观、全面地认识微生物世界.在宏基因组技术的应用范围被不断扩展的同时,围绕着宏基因组文库的构建和筛选、测序和分析等方面的研究已成为宏基因组学发展的主要推动力,宏基因组技术的进步将不断提升其应用价值.     

宏基因组--生物催化剂的新来源

生物催化剂是工业生物催化的重要组成部分,宏基因组是生物催化剂的新来源。该文介绍了从宏基因组中寻找生物催化剂的主要步骤,着重描述了DNA的分离和目标克隆的筛选这两个关键技术,并列举了利用宏基因组技术所获得的生物催化剂．     

微生物宏基因组数据分析方法研究进展

随着测序技术的迅速发展,人们对宏基因组的研究逐渐深入.通过宏基因组学对微生物群落的测序和分析,以理解微生物组成与环境之间的相互作用.微生物宏基因组的分析摆脱了传统研究中微生物分离培养的技术限制,并获得了微生物群落的相对丰度和群落的功能等信息.用于微生物数据分析的工具和软件较多,对于研究者选择合适的分析方法具有一定困难....     

宏基因组学研究进展

不可培养微生物占据微生物总数的99%以上, 这己成为微生物资源开发利用的一个限制性因素。宏基因组学是通过提取某一环境中的所有微生物基因组DNA、构建基因组文库及对文库进行筛选寻找和发现新的功能基因及活性代谢产物的一种方法。它避开了微生物分离培养的过程, 极大地扩展了微生物资源的利用空间, 是现代基因工程一个新的发展方向和研究热点。本文主要对宏基因组的DNA提取方法、文库的构建、筛选策略的选择及近年来宏基因组学在各领域中的应用研究现状进行了综述。     

人体微生态系统与人类宏基因组计划

介绍了微生态系统的基本概念和人体基本的微生态系统,阐述了其对人类的意义;介绍了人类宏基因组计划基本知识和研究方法.     

宏基因组克隆技术

环境中约99.8%的微生物不能用常规的微生物学方法培养,这样就使得绝大部分微生物资源的开发利用受到制约,而宏基因组克隆技术的产生则克服了对不可培养微生物研究的困难。到目前为止,通过宏基因组克隆技术已经获得了许多新的抗生素和酶的基因,而且随着该技术的不断完善将会加大有用分子发现的几率和对复杂微生物群落功能的了解。     

宏基因组技术在新型生物燃料生产酶制剂开发中的应用

随着石化燃料的日益减少,以植物生物质为原料的可再生生物燃料成为石化燃料的理想替代品。然而微生物降解生物质效率低下,是生物燃料生产过程中一大难题,因此开发效率高、稳定性强的微生物酶制剂显得尤为重要。近年来,宏基因组技术的发展为生物燃料的生产提供了多种新型酶制剂。宏基因组技术是直接提取环境样品中的总DNA,通过构建文库,筛选目的基因或功能基因的方法,在用于燃料生产的新型酶制剂的开发中发挥着重要作用。本文概述了宏基因组技术的实施策略,总结了包括纤维素酶、蛋白酶、酯酶、脂肪酶等多种酶资源开发的最新研究进展,并综合和讨论了通过酶法将木质纤维素等生物材料有效转化为生物燃料的途径,为新酶的开发提供了新思路。     

基于宏基因组技术分析全球不同温度带土壤微生物多样性

【背景】温度在塑造大尺度的土壤微生物群落方面发挥了重要作用,但目前针对全球不同温度带大尺度土壤微生物多样性方面的研究十分缺乏。【目的】明确不同温度带大尺度土壤微生物组成和功能的差异变化。【方法】从宏观的角度运用宏基因组技术对不同温度带土壤微生物群落的组成和功能进行分析。【结果】细菌的物种多样性随着温度带纬度的升高而增多,真菌的物种多样性在温带最多,在寒带最小且假丝酵母属(Candida)占绝对优势。3个温度带间除物种多样性存在差异外,微生物群落中物种丰度差异也较大,优势属和特殊属各有不同。其中值得注意的是,假单胞菌属(Pseudomonas)和芽孢杆菌属(Bacillus)的丰度在不同温度带间存在显著差异,且随着温度带纬度的升高而增多,而链霉菌属(Streptomyces)、地嗜皮菌属(Geodermatophilus)、红色杆菌属(Rubrobacter)和小单孢菌属(Micromonospora)的丰度随温度带纬度的升高而降低。在功能方面,发现与翻译后修饰、蛋白质周转、伴侣(posttranslational modification, protein turnover, chap...     

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测序技术在肠道微生物中的应用研究进展

16S rRNA测序是高通量测序依赖的肠道微生物研究方法之一,该方法可以对肠道微生物中的所有菌种进行精确定量,因此正逐渐成为研究肠道微生物菌种丰度变化的主流。肠道微生物16S rRNA测序的应用过程中有两个问题至关重要,一是如何根据需要选择测序方案;二是面对高通量测序得到的海量数据,如何进行生物信息学分析,以得到具有生物学意义的结果。从测序平台、测序片段、测序数据量的选择3个方面讨论了如何选择测序方案,并从序列聚类与注释、群落结构分析、关键分类单位的筛选与功能分析等方面对目前常用的生物信息学分析手段进行综述。     

基于16S rDNA测序对茶园土壤细菌群落多样性的研究

土壤细菌群落组成和多样性,对茶园土壤生态系统健康和肥力可持续性具有的重要理论意义。利用Illumina高通量测序技术测定分析16S rDNA,研究云南景迈山、布朗山和南糯山的现代茶园、古茶园(林)和森林土壤的细菌群落结构与多样性。结果表明:古茶园土壤细菌的丰度和多样性高于现代茶园及森林;研究土壤样本细菌共分属47个菌门、89个目,其中变形菌门、酸杆菌门、放线菌门、厚壁菌门与拟杆菌门是优势类群,它们在森林、现代茶园和古茶园土壤中的相对丰度累计分别达91.86%、82.48%和77.08%;伯克霍尔德氏菌目、根瘤菌目是优势菌群,其平均丰度分别达13.91%和8.17%,黄单胞菌目、红螺菌目、芽孢杆菌目、放线菌目和拟杆菌目等12个目的丰度较高,达2%以上;PCA分析表明:森林、现代茶园和古茶园土壤的细菌群落结构差异明显,除景迈山外,主要优势细菌丰度依次为:古茶园现代茶园森林,古茶园土壤细菌多样性有增强趋势。     

微生物组学及其在厌氧消化中的研究进展

我国每年产生大量的有机废弃物,如果处置不当将会对生态、气候以及人类健康造成重大影响。厌氧消化是一种可靠的、绿色的、可持续的有机废弃物处理方式,但由于缺乏准确有效的监测手段,厌氧消化微观过程常常被视为“黑盒”。随着微生物组学的发展,学者们在菌群与运行参数关联性分析、代谢途径分析等方面有了更深入的认识。本文从“三阶段、四菌群”的厌氧消化过程出发,介绍了常用微生物组学的类型,包括:16S rRNA基因组、宏基因组、宏转录组和宏蛋白组;详细阐述了物种组成分析、α多样性分析、OTU相似性分析以及多元统计学分析等6种常用的微生物群落生物信息学分析方法;系统回顾了厌氧消化过程的微生物学研究进展,以期能为分析厌氧消化的微生物群落结构和功能、开发新的厌氧消化工艺和技术提供支持。     

基于高通量测序的不同年龄恒河猴肠道菌群结构差异分析

目的观察不同年龄恒河猴肠道菌群结构和丰度的变化。方法 50只恒河猴,分为成年(5～10岁)、老年(10岁以上)2组,其中成年组33只,老年组17只。采集动物的新鲜直肠粪便,提取DNA后使用Illumina高通量测序平台对样本中细菌16S rDNA-V3区进行测序,定量分析肠道菌群的结构和丰度。结果老年组和成年组获得的优化序列数差异无显著性(P> 0.05)。α-多样性分析,老年组恒河猴肠道菌群的Chao1指数(P=0.0174)、Simpson指数(P=0.0258)、ACE指数(P=0.0121)与成年组比较降低,Shannon指数与成年组比较升高(P=0.0132)。老年组与成年组相比,在门水平,拟杆菌门(Bacteroidetes)相对丰度升高(P=0.0013),厚壁菌门(Firmicutes)、螺旋体门(Spirochaetes)、疣微菌门(Verrucomicrobia)、粘胶球形菌门(Lentisphaerae)相对丰度降低(P=0.0283,P=0.0002,P=0.0482,P=0.0242)。在科水平,Prevotellaceae相对丰度升高(P=0.0001),Ruminococcaceae、Clostridiales、Spirochaetaceae、Christensenellaceae相对丰度降低(P=0.0039,P=0.0080,P=0.0002,P=0.0021)。在属水平,老年组unidentified_Prevotellaceae相对丰度升高(P=0.0001),乳杆菌属(Lactobacillus)、八迭球菌(Sarcina)、unidentified_Spirochaetaceae相对丰度降低(P=0.0114,P=0.0227,P=0.0028)。β-多样性分析,老年组肠道菌群与成年组分布在不同区域,差异有显著性(P=0.003)。LEfSe分析,在成年组,链球菌属(Streptococcus)、布赫纳氏菌属(buchnera)、乳杆菌属(lactobacillus)是具有统计学意义的生物标记物。结论恒河猴肠道菌群的结构随年龄增长而改变。丰度降低,多样性增高。