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2017-12-15 02:40:41来源:丁香园 作者:丁香通讯员

微生物宏组学测序就是采用高通量测序的手段,解析样本中的物种多样性、进化关系、基因组成、功能多样性及微生物与环境/宿主之间的关系,为进一步发掘和研究特定功能的新基因提供了便利。目前主要的微生物产品有微生物扩增子测序、宏基因组测序、宏转录组测序等。广泛应用于医学、农学、环境等领域,研究疾病与人体微生物、农业生产与土壤微生物、污水雾霾等环境治理与环境微生物的作用机制。

项目流程:

技术参数: 

样本类型

(1)人或各种动物(小鼠、大鼠、牛、羊、鱼、禽类等)类,如皮肤、口腔、呼吸道、消化道、生殖道等;

(2)环境类,如土壤、水体、空气、盐湖、沼泽、海洋沉积物、工厂器械等;

(3)食品类,如面包、肉类、糖果、巧克力、牛奶、酸奶、果酒饮料等。

(4)其他稀缺珍贵样本类,比如冰川、极地、太空诱变类等等。

 

分析结果展示

16S rDNA扩增子测序分析结果示例

a) 样本间OTU分布和物种组成

左图:物种聚类heatmap图(属水平的结果,其他水平的结果也会提供)

右图:各个样本的物种组成柱状图(属水平的结果,其他水平的结果也会提

b) 

微生物群落结构在不同样本组间是否存在差异(PCA, NMDS, PCoA和样本相似度树与柱状图组合分析)

                             PCA                                                                 NMDS                                                     PCoA

PCA:运用方差分析,将多组数据的差异反映在二维坐标图上,坐标轴取能够最大反映方差值两个特征值。如果两个样品距离越近,则表示这两个样品的组成越相似。

NMDS非度量多维定标法常用于比对样本组之间的差异,可以基于进化关系或数量距离矩阵。图中点之间的距离越近,反映样本间组成越相似。

PCoA:是一种研究数据相似性或差异性的可视化方法,通过PCoA 可以观察个体或群体间的差异。图中点之间的距离越近,反映样本间组成越相似。

c)哪些物种在不同组间存在着差异(LEfSe分析)

LEfSe(Linear discriminant analysis Effect Size)线性判别分析是用于发现不同生物条件或环境下的两组或多组样本中最能解释组间差异的基因或功能特征。不同的区域表示不同分组,树枝中红色节点表示在红色组别中起到重要作用的微生物,绿色节点表示在绿色组别中起到重要作用的微生物类群,黄色节点表示的是在两组中均没有起到重要作用的微生物类群。

d) 

哪些因素影响了物种的组成(RDA/CCA分析)

宏基因组分析结果示例

RDA/CCA分析主要用来反映菌群与环境因子之间的关系。RDA 是基于线性模型,CCA是基于单峰模型。分析可以检测环境因子、样品、菌群三者之间的关系或者两两之间的关系。环境因子之间的夹角为锐角时表示两个环境因子之间呈正相关关系,钝角时呈负相关关系。环境因子的射线越长,说明该影响因子的响程度越大;

备注:需要客户提供环境因子数据

a) 

物种注释和丰度信息

A 相对丰度前20个的物种在样本间的热图;B、从内向外,依次为界、门、纲、目(order)、科(family)、属(genus)、种(species)和菌株(strain)。

b )COG注释和KEGG注释

                                                       基因集的COG注释                                                                                                                                                                                                    基因集KEGG注释

 

KEGG通路信息

C)组间LefSe差异判别分析

 

案例口腔微生物与肺部微生物及炎症关系的研究

近年来肺部微生物与宿主的关系已开展了很多研究,由健康人的研究结果可总结为两种类型,分别是pneumotypeSPT(SPT)和pneumotypeBPT(BPT)。SPT型的Prevotella 和 Veillonell等细菌较多;而BPT型则细菌含量少,多数为试剂和仪器造成的背景菌为主。SPT可以真实反映上呼吸道微生物结构,而BPT主要反映环境引起的误差。目前已有研究发现,健康人的肺泡灌洗液样本中富集了口腔微生物,同时淋巴细胞和中性粒细胞数目增多。但是慢性呼吸道炎症人群中肺部微生物在炎症和免疫中的机制还不清楚。因此,我们运用多组学的方法对此炎症现象进行研究。本研究收集49个个体的肺泡灌洗液(BAL)和上呼吸道样本,分为NYU 、OSU和LHMP三组,利用 Illumina Miseq +454测序平台进行16S rDNA测序,后续进行α-多样性、PCA、群落结构、KEGG注释、LEfSe组间差异比较等生物信息学分析。

图1  样本组间的微生物组成差异(图a 所有样本中丰度≥3% 的物种Heatmap;图b weighted UniFrac PCoA;图c UniFrac 距离比较结果;图d LEfSe分析组间差异比较的结果)

 

原文出处: Segal L N, Clemente J C, Tsay J C J, et al. Enrichment of the lung microbiome with oral taxa is associated with lung inflammation of a Th17 phenotype. Nature Microbiology, 2016, 1: 16031.

 

 

相关产品链接:详见伯豪生物网站

 

 

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