人体肠道宏基因组生物信息分析方法

最近5年来,微生物组与人体健康之间的微妙关系已成为全球研究热点,特别是基于高通量测序的宏基因组技术推动了这个领域的发展。然而宏基因组生物信息学分析往往是开展研究过程中的难点。本文对宏基因组生物信息常规分析方法进行了介绍。     

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。     

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。     

海绵宏基因组文库构建及抗菌肽功能基因的初步筛选

宏基因组文库技术是利用未培养微生物基因资源的有效途径。成功构建澳大利亚厚皮海绵的Fosmid宏基因组文库,插入片段平均大小为36.8kb。利用建立的宏基因组文库,采用PCR技术初步筛选到具有编码抗菌肽的功能基因。这是我国首次尝试构建海绵宏基因组文库,对于今后开发利用海绵丰富的基因资源具有重要的意义。     

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...     

宏基因组克隆--微生物活性物质筛选的新途径

在现有技术条件下自然界存在的微生物95％以上未能培养,采用传统的分离培养筛选的途径寻找新的微生物生物活性物质受到局限;宏基因组是特定小生境中全部微小生物遗传物质的总和,直接抽提环境样品中的总DNA,利用适宜的载体克隆到替代宿主细胞中构建宏基因组文库,通过外源基因赋予宿主细胞的新性状或基于某些已知DNA序列筛选,寻找新的生物活性物质或基因,极大地扩展了微生物资源的利用空间,增加了获得新的生物活性物质的机会。     

从甘油富集菌宏基因组中克隆甘油脱水酶基因

采用一种简便快速的方法从经甘油富集培养的土样中提取出质量较好宏基因组DNA。然后以此DNA为模板,以扩增肺炎克雷伯氏菌、弗氏柠檬酸菌和丁酸梭菌甘油脱水酶基因的引物进行PCR,分别扩增出目的条带,并将其克隆至T载体中。进行测序分析显示,PCR扩增出来的片段与其引物相应的甘油脱水酶序列同源性分别达到99％,90％和99％。这表明克隆出来的这3个基因为相应的甘油脱水酶基因。     

组装断裂导致宏基因组来源的基因组污染度高估的评估与修正

[目的]识别并修正由断裂的标记基因引起的来自宏基因组测序组装的基因组污染度的高估.[方法]利用纯菌完整基因组构造的模拟数据来分析断裂基因对基因组质量评估的影响以及设定矫正参数,基于nr库的分类学注释结果来判定2个断裂标记基因(即断裂基因对)是否来自于同一标记基因,在剔除断裂冗余基因后重新计算污染度.[结果]基于纯菌完整...     

机器学习方法在基因功能注释中的应用

目前,基于计算机数学方法对基因的功能注释已成为热点及挑战,其中以机器学习方法应用最为广泛。生物信息学家不断提出有效、快速、准确的机器学习方法用于基因功能的注释,极大促进了生物医学的发展。本文就关于机器学习方法在基因功能注释的应用与进展作一综述。主要介绍几种常用的方法,包括支持向量机、k近邻算法、决策树、随机森林、神经网络、马尔科夫随机场、logistic回归、聚类算法和贝叶斯分类器,并对目前机器学习方法应用于基因功能注释时如何选择数据源、如何改进算法以及如何提高预测性能上进行讨论。     

基因芯片数据分析过程:从原始数据到生物学意义

基因芯片实验要得到可靠的生物学结论,必须基于优化的实验设计和科学的数据分析。讨论了与基因芯片数据分析方法相关的实验设计方面的几个问题,简述了差异表达分析、聚类分析及功能富集分析等分析方法及其进展,并介绍了部分软件及应用。     

The DOE-JGI Standard Operating Procedure for the Annotations of Microbial Genomes

The DOE-JGI Microbial Annotation Pipeline (DOE-JGI MAP) supports gene prediction and/or functional annotation of microbial genomes towards comparative analysis with the Integrated Microbial Genome (IMG) system. DOE-JGI MAP annotation is applied on nucleotide sequence datasets included in the IMG-ER (Expert Review) version of IMG via the IMG ER submission site. Users can submit the sequence datasets consisting of one or more contigs in a multi-fasta file. DOE-JGI MAP annotation includes prediction of protein coding and RNA genes, as well as repeats and assignment of product names to these genes.     

微生物饲料添加剂的研究进展

综述了微生物饲料添加剂的分类、作用机理、国内应用现状、发展前景及其存在的问题。     

文化遗产微生物研究方法进展

文化遗产的生物退化与生物降解问题普遍存在。从方法学的角度回顾了针对不同类型文化遗产微生物病害与防治研究中常用的方法和技术,总结了国内外当前所取得的主要研究进展,提出了该领域研究中未来面临的问题和挑战,并展望了应对策略和今后发展趋势。文化遗产微生物研究方法经历了传统培养、显微镜分析、分子生物学技术、酶活性和代谢产物分析以及快速发展的多组学及生物信息学分析等多个阶段,在微生物多样性、群落特征、生理生态学及其退化机理方面的认识已逐渐深入,以文化遗产保护为目标的病害微生物防治技术不断发展。近年来通过新一代测序和宏基因组学技术获得了文化遗产微生物的诸多重要信息,但其作用机理和影响因素的研究还不够。本综述突出了结合传统与现代方法技术开展研究的重要性,旨在为文化遗产微生物学领域研究提供参考和借鉴。     

雨生红球藻低覆盖度基因组草图分析

开展雨生红球藻基因组测序研究,对于解读绿藻起源与进化及生物逆境胁迫响应机制,以及推动雨生红球藻产业发展都具有重要意义。利用Illumina Hiseq 2500对雨生红球藻(Haematococcus pluvialis)进行高通量测序,获得低覆盖度全基因组草图。通过计算k-mer分布预测该基因组草图大小约为547Mb,GC含量为59.2%,为纯合或单倍体。共得到11 059个预测基因,平均基因长度为1 711bp,平均CDS长度为681bp;平均每个基因包含3.2个外显子,外显子的平均长度为353bp。代谢通路分析表明,具有完整的糖酵解、三羧酸循环、磷酸戊糖途径、嘌呤和嘧啶合成等基本代谢通路。     

miRNA研究方法进展

miRNA（microRNA）是一类长约22个核苷酸的小分子非编码RNA。miRNA可以通过与靶基因mRNA的特定位点结合,抑制该蛋白的合成或诱导该mRNA的降解,从而参与基因的表达调控。miRNA在各种生物中普遍存在,近年来利用直接克隆和生物信息学方法已从动物、植物、培养细胞和病毒中克隆及预测了数百种miRNA,并通过正反向遗传学技术、碱基互补靶标基因鉴定技术等,确定了少数miRNA基因的生理功能：然而在不同生物中仍有大量的miRNA基因尚未鉴定,它们的靶标及功能也有待进一步探索。由于miRNA序列短小,而且与靶标互作机理所知甚少,因此研究难度较大。本文总结了miRNA基因鉴定、功能鉴定等所采用的研究方法和策略,试图为miRNA研究提供一些思路和启发。     

有机磷农药微生物降解研究进展

微生物降解是有机磷农药在环境中去毒降解的主要方式,是治理环境污染的一项有效手段。该文综述了有机磷农药降解菌的分离鉴定、降解机理与代谢途径、降解基因的克隆及表达、降解菌制剂和酶制剂的应用、以及有机磷农药微生物降解研究趋势五个方面的研究现状。     

微生物基因功能的研究策略与方法

微生物基因功能的研究对于揭示微生物生命活动的规律及其在食品发酵、医药卫生、工农业生产等领域的应用机制具有重要意义。经过数十年的发展,微生物基因功能的研究方法已经从传统的同源重组技术发展到基于核酸内切酶的高效打靶技术,将微生物基因功能的研究推向了新的高度。文章就微生物基因功能的研究策略及常用方法做一综述,主要包括生物信息学方法预测、基因表达谱分析、基因敲除技术、基因敲入技术、基因沉默技术和基因编辑技术等。     

Using online tools at the Bovine Genome Database to manually annotate genes in the new reference genome

With the availability of a new highly contiguous Bos taurus reference genome assembly (ARS-UCD1.2), it is the opportune time to upgrade the bovine gene set by seeking input from researchers. Furthermore, advances in graphical genome annotation tools now make it possible for researchers to leverage sequence data generated with the latest technologies to collaboratively curate genes. For many years the Bovine Genome Database (BGD) has provided tools such as the Apollo genome annotation editor to support manual bovine gene curation. The goal of this paper is to explain the reasoning behind the decisions made in the manual gene curation process while providing examples using the existing BGD tools. We will describe the sources of gene annotation evidence provided at the BGD, including RNA-seq and Iso-Seq data. We will also explain how to interpret various data visualizations when curating gene models, and will demonstrate the value of manual gene annotation. The process described here can be applied to manual gene curation for other species with similar tools. With a better understanding of manual gene annotation, researchers will be encouraged to edit gene models and contribute to the enhancement of livestock gene sets.