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       宏基因组学(Metagenomics),也称元基因组学,利用新一代高通量测序技术(NGS)以特定环境下微生物群体基因组为研究对象,在分析微生物多样性、种群结构、进化关系的基础上,可进一步探究微生物群体功能活性、相互协作关系及与环境之间的关系,发掘潜在的生物学意义。与传统微生物研究方法相比,宏基因组测序技术规避了绝大部分微生物不能培养、痕量菌无法检测的缺点,因此近年来在环境微生物学研究中得到了广泛应用。

适用范围

      1. 医学领域:代谢病、肿瘤癌症等;

      2. 畜牧领域:肠道、瘤胃(如产甲烷菌类群)与动物健康/营养消化研究等;

      3. 农业领域:根际微生物与植物互作、农业耕作/施肥处理与土壤微生物群落等;

      4. 环境领域:雾霾处理、污水治理、石油降解、酸性矿水处理及海洋环境等;

      5. 生物能源:特殊功能的菌株、基因挖掘、工程菌的开发;

      6. 特殊极端环境:极端环境条件下的微生物类群研究。

美吉优势

       拥有标准化操作实验室和高通量测序技术平台,实验周期短,质量可靠。
       拥有 Illumina HiSeq 2500 和 HiSeq 4000 等多种高通量测序平台。
       技术人员经验丰富,可以根据合作伙伴要求提供宏基因组、多组学实验方案、解决实验问题、分析实验结果。
       拥有专业的生物信息团队和大型计算机,可以为合作伙伴提供个性化的生物信息分析服务。
       美吉生物利用各组学技术为客户在微生物领域发表文章300+篇,其中宏组学文章10+篇,累计影响因子1000+。

实验流程


生信分析流程图

技术参数


送样要求

土壤:10 g;粪便:3-5 g;血液:10 mL;污泥:5-10 g

DNA:总量 ≥ 2 μg、浓度 ≥ 20 ng/μL1.8 < OD260/280 < 2.0

平台选择

 Illumina PE100/125/150

推荐测序量

肠道/粪便 > 3G;水体3-5G;土壤/污泥 > 8G


案例一:宏基因组学揭示Cr(VI)对污泥反应器中微生物群落结构和功能基因的影响

作为一种厌氧技术,EGSB反应器能够对含有有毒污染物(如Cr(VI))的有机废水进行处理。虽然Cr(VI)含量变化能够改变微生物群落结构和功能,并影响反应器中的反硝化作用,但是反硝化菌如何通过群落结构转变来抵抗Cr(VI)逆境仍然未知。本文利用高通量测序技术对五种Cr浓度下反应器污泥样本进行宏基因组和多样性测序,发现Cr(VI)可以改变一部分反硝化作用相关基因的丰度,但对EGSB反应器中污泥的微生物群落功能组成没有显著影响。低浓度Cr(VI)中主要参与反硝化过程的微生物是Halomonas,而在高浓度Cr(VI)Thauera主要参与反硝化过程。


 

1 不同Cr(VI)浓度下EGSB反应器中的污泥所含有的微生物在属水平上的丰度比较;


 

2 不同Cr(VI)浓度下EGSB反应器污泥中四种与反硝化作用有关的功能基因的相对丰度变化;


 

3 四种反硝化相关功能基因对应的微生物(属水平)在不同Cr(VI)浓度下的相对丰度

 

案例二:利用宏基因组手段揭示稻田土微生物砷代谢基因多样性的研究

微生物参与的砷(As)代谢在地球As循环中扮演了越来越重要的作用,As的代谢需要各种基因的参与,这些基因通过编码蛋白来调节生物转化及转运过程本研究基于高通量测序的宏基因组技术,分析五个地点的稻田土As代谢基因的组成及差异情况通过不同样本的比较,发现As代谢四大类型基因,ars丰度最高,aioA基因的微生物主要是BurkholerialsRhizobials含有arrA基因的微生物种类更丰富。pH是影响影响稻田土中As代谢相关基因组成与分布的最主要因素。


 

1 RDA分析


2 样品中As代谢基因aioAarrAarsM相对丰度及进化分析

 

参考文献:

       [1]Miao Y, Liao R, Zhang X X, et al. Metagenomic insights into Cr (VI) effect on microbial communities and functional genes of an expanded granular sludge bed reactor treating high-nitrate wastewater[J]. Water research, 2015, 76: 43-52.

       [2]Xiao K Q, Li L G, Ma L P, et al. Metagenomic analysis revealed highly diverse microbial arsenic metabolism genes in paddy soils with low-arsenic contents[J]. Environmental Pollution, 2016, 211: 1-8.

(1)宏基因组测序总DNA的提取有哪些注意事项?

获得高质量的环境样品总DNA是宏基因组测序能否成功的关键。为了提取的DNA能够代表特定环境样品中的微生物种类,取样时必须严格遵循采样标准,尽量避免对样品的干扰,缩短保存和运输的时间,以尽可能地保持样品的微生物原貌。若要对功能基因簇进行研究,在提取DNA时,既要尽量完全地抽提出样品中的DNA,又要使获得的DNA保持较大的片段,因此在DNA提取时要在最大提取量和最小剪切力之间进行折中。


(2)采用Illumina高通量测序平台进行宏基因组测序,应如何构建文库?

从环境样品中提取总DNA后,进行测序文库制备,具体步骤如下:DNA随机打断成300bp的片段;DNA末端进行平滑化及修复处理;③3’末端加“A”碱基;④DNA两端加上“Y”型接头;PCR扩增进行文库模板的富集检测文库质量。

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