宏基因組學又稱為環境基因組學,是指對某一特定環境中微生物基因組進行分析,將獲得的微生物組總DNA隨機打斷成短片段,并構建合適長度的插入片段文庫,對這些文庫進行雙端高通量測序,研究環境微生物的功能活性、多樣性、種群結構、進化關系以及它們與環境之間的關系。宏基因組測序具有通量高、速度快、信息全等特點,在鑒定低豐度的微生物群落、挖掘更多基因資源方面具有很大優勢。

技術路線

技術路線

分析內容

    1.     原始數據預處理和質量控制
    2.     序列組裝拼接
    3.     基因預測與功能注釋
        ?     基因預測及去冗余
        ?     KEGG/EggNOG/CAZy蛋白功能注釋
        ?     功能差異分析/比較分析/聚類分析
        ?     共有-特有KEGG代謝通路分析
    4.     物種注釋與組成譜分析
        ?     物種注釋/差異分析/聚類分析
        ?     MEGAN/GraphIAn可視化展示
        ?     物種互作網絡關聯分析
        ?     SourceTraker分析
    5.     特定數據庫的注釋分析
        ? 分泌蛋白/T3SS預測分析
        ?     PHI/VFDB/MvirDB/ARDB/CARD數據庫注釋分析
    6.     Alpha和Beta多樣性分析
        ?     Alpha多樣性分析
        ?     Bray-Curtis PCoA/NMDS/UPGMA/PCA分析
        ?     共有功能/物種類群分析
        ?     功能-物種一致性分析
    7.     生物標志物篩選
        ? LEfSe分析
        ? RDA/CAP/PLS-DA分析
        ? PERMANOVA/ANOSIM分析
        ? 隨機森林分析

部分分析結果展示
EggNOG功能類群組間差異分析圖

EggNOG功能類群組間差異分析圖

功能—物種一致性Procrustes分析圖
功能—物種一致性Procrustes分析圖

案例解析

腸道菌-膽汁酸-IL22軸調控多囊卵巢綜合征發病
本研究收集了 43 名健康對照人群和 50 名 PCOS患者的糞便樣本,進行宏基因組測序,同時收集血清樣本進行膽汁酸檢測,結果表明PCOS 患者普通擬桿菌 ( B. vulgatus ) 豐度顯著升高導致腸道菌群異常,膽汁酸代謝是影響PCOS 患者腸道菌群異常的重要通路,膽汁酸通過腸道 ILC3 的 GATA3 通路刺激 IL-22 分泌,進一步促進白色脂肪棕色化以及抑制卵巢局部炎癥改善PCOS表型。


參考文獻:
X Qi, C Yun, et al. Gut Microbiome-Bile Acid-Interleukin-22 axis orchestrates polycystic
ovary syndrome. Natute medicine,2019.

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