近十年來，腸道微生物組已成為生命科學(xué)研究領(lǐng)域的熱點(diǎn)，但目前大部分研究都集中在使用二代測(cè)序技術(shù)進(jìn)行物種和功能的解析，宏基因組的拼接質(zhì)量不高并且很難實(shí)現(xiàn)菌株水平的功能差異分析。
有鑒于此，中科院微生物研究所王軍課題組和動(dòng)物研究所宋默識(shí)課題組合作，建立了ONT三代測(cè)序和Illumina二代測(cè)序數(shù)據(jù)混合組裝和后續(xù)分析流程。在mock community上的驗(yàn)證表明，三代和二代測(cè)序數(shù)據(jù)的混合組裝從完整度、準(zhǔn)確程度以及編碼密度方面均比單純二代或者三代測(cè)序組裝更有優(yōu)勢(shì)。
圖1 本研究的技術(shù)路線（a）,利用三代測(cè)序進(jìn)行SV的深度解析，以及橫斷面/時(shí)間序列中SV的組成、動(dòng)態(tài)分析，最終進(jìn)行SV對(duì)代謝功能的影響判定。(b) 混合組裝能夠有效提高N50，并組裝出大量的基因組（c），其中發(fā)現(xiàn)更多的insertion、deletion和inversion。
圖2 腸道微生物中與SVs相關(guān)的功能研究結(jié)果。(a,b,c) SV影響基因富集結(jié)果; (d-i) SV影響單菌種內(nèi)不同菌株與代謝產(chǎn)物以及血糖的關(guān)聯(lián)。
圖3 腸道菌群匯中與病毒和CRISPR相關(guān)的研究結(jié)果
該研究基于三代ONT序列，提高了宏基因組裝的質(zhì)量、SV的發(fā)現(xiàn)能力，發(fā)現(xiàn)了大量包括插入突變和基因倒位在內(nèi)的結(jié)構(gòu)變異對(duì)于菌株水平上基因功能的影響，以及噬菌體、CRISPR-spacer等系統(tǒng)的深度挖掘。這項(xiàng)研究是課題組利用三代Nanopore測(cè)序技術(shù)解析腸道病毒組（Cao et al., Medicine in Microecology, 2020, 4:100012; Cao et al. Gut Microbes, 2021, 13），近期發(fā)表的真菌組分析方法（Lu et al, Molecular Ecology, doi:10.1111/mec.16534）和靶向RNA檢測(cè)病原微生物（Zhao et al., Advanced Science, 2021, 8, 2102593）之后，在利用三代Nanopore測(cè)序技術(shù)探索腸道微生物研究領(lǐng)域的新進(jìn)展。這一發(fā)現(xiàn)，對(duì)未來更精細(xì)的精準(zhǔn)醫(yī)學(xué)領(lǐng)域的發(fā)展提供了理論啟發(fā)。
(資料圖)
中國(guó)科學(xué)院微生物研究所王軍研究員、中科院動(dòng)物研究所宋默識(shí)研究員為本文的共同通訊作者。中國(guó)微生物研究所助理研究員陳亮、趙娜、博士生曹佳寶、碩士研究生劉小林、助理研究員徐嘉悅為該論文的共同第一作者。該研究得到了國(guó)家重點(diǎn)研發(fā)計(jì)劃項(xiàng)目、國(guó)家自然科學(xué)基金項(xiàng)目、中國(guó)科學(xué)院戰(zhàn)略性先導(dǎo)科技專項(xiàng)、北京市自然科學(xué)基金項(xiàng)目等多項(xiàng)資金的資助。
文章鏈接：https://www.nature.com/articles/s41467-022-30857-9
標(biāo)簽： 微生物所 腸道菌群 結(jié)構(gòu)變異
