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       多组学技术(Multi-Omics)结合两种或两种以上组学研究方法,如基因组、转录组、蛋白组或代谢组,对生物样本进行系统研究,同时将各组学的数据加以整合分析并深入挖掘生物学数据。在环境微生物群落研究领域,微生物多样性测序、宏基因组、宏转录组、宏蛋白组、宏代谢组等技术的交叉融合,为微生物群落的结构组成、基因功能、代谢途径、微生物-环境互作研究提供了新的研究思路。通过多组学技术,不仅可以注释并解析环境微生物群落的结构与功能,还可以比较实验组与对照组在不同水平下物种的活性丰度、基因的差异表达、代谢途径的强弱,进而解析生物学过程(疾病发生、环境治理、食品发酵等)的内在机制。

多组学研究优势

生物学现象复杂多变,基因表达调控复杂,且基因转录或翻译后还有各种修饰,进行单一组学研究时结论往往不够全面,因此单一组学研究存在瓶颈。在环境/宿主微生态研究领域, 多组学深度结合分析将宏基因组MG及宏转录组(MT从拼接开始就一起分析,MG、MT使用统一标准(RPKM)进行物种、功能的比较;通过MT/MG比值分析物种、功能的转录活性;研究微生物-环境互作等,深入揭示生物学现象背后的作用机制。微生态领域的研究逐渐从单一组学向多组学联合分析发展是大势所趋。 

美吉优势   

       提供国内首家多组学深度结合分析服务。

       美吉生物为客户提供专业、快捷的微生物多样性、宏基因组、宏转录组、宏蛋白组、宏代谢组等多组学售前方案、结题报告以及包括报告专业解读在内的售后服务。

       美吉生物拥有7年的菌群检测经验,配备全球最先进的高通量测序检测平台和质谱平台,年检测样本达数十万例。
       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,累计影响因子1000+。

产品流程


技术参数


产品类型

平台选择

宏基因组

Illumina HiSeq 4000

宏转录组

宏蛋白组

Triple TOF 5600;  Q-Exactive;  Orbitrap FusionTM TribridTM

宏代谢组

QTrap5500;  Triple TOF 5600;  Agilent 890A-5975C


案例一:活性土、冻土和热岩溶沼泽土微生物的多组学分析

超过20%的地球陆地表面被富含碳的冻土所覆盖,未来这些冻土一旦解冻将成为生物圈向大气层转移碳的最大的代表。这种过程很大程度上依赖于微生物的反应,但是我们对于完整的微生物的活动所知甚少,更不用说融冻过程及冻土了。最近基于分子生物学手段揭示了一些冻土中微生物的特征及功能基因组成以及在短期解冻实验过程中功能基因组成的快速转变。然而冻土碳的命运依赖于气候、水文及微生物在年代尺度上解冻过程中的响应。本文通过16S多样性、宏基因组、宏转录组和宏蛋白组四种技术分别研究了三种土壤类型(活性土、冻土和热岩溶沼泽土)中的土壤微生物组成,包括新物种的基因组草图重构、不同解冻状态下微生物的功能活性。研究结果表明,土壤微生物的过程速率(process rate)与多组学得到的主要途径(如产甲烷)存在很高的相关性。


实验设计:



实验结果:


1a)不同组学技术检测的冻土、融冻土和热岩溶沼泽土壤微生物系统发育组成;(b)门水平上丰度前10的物种MT/MG比值


2 多组学技术揭示冻土、融冻土和热岩溶沼泽土壤微生物主要代谢途径之间的差异


案例二:家蝇幼虫肠道微生物显著改变猪粪抗生素抗性

中国是世界上最大的抗生素生产者和消费者,超过46%的抗生素被用于畜牧业中的生长率提高和疾病控制。猪饲养业务在中国的流行也创造了全球最大的猪粪便量。动物只能吸收少量的抗生素,所以猪粪便成为了环境中抗生素污染的主要来源,因此未被处理的粪便成为环境微生物群中抗生素抗性的重要潜在储层。本文通过对猪粪和家蝇幼虫肠道进行16S多样性和宏基因组测序,揭示了家蝇幼虫肠道菌群对猪粪组成及其抗生素抗性基因的影响。研究表明,幼虫肠道运输影响粪肥运输细菌的摄取,通过生态的进化压力改变群落结构和抗性。


实验设计:

 

实验结果:


1a基于weighted UniFrac距离的PCoA;(b)属水平群落结构组分图;(cKEGG levelII功能预测(PICRUST


2 左图,所有样本中都能观测到的ARGs丰度Heatmap图;右图,幼虫处理期间的ARGs动力学与细菌分类/OTUs之间潜在联系的局部相似性分


案例三:Opalinus Clay岩石氢驱动的微生物代谢网络的重建  

       地表深层微生物的研究关乎地下水和原油储存的地质化学,影响资源抽提的可行性。另外,也可以监控核污染。在深层地质的系统需要详细理解主要过程(物理,化学和生物),如:腐蚀钢铁的氧化释放的H2,在封闭空间可增加压力,危害工程栅栏的完整性,另一方面,H2是微生物电子和能量的来源。因此,在储藏室中微生物的活性预期为有益的影响,在这种限制条件环境下通过减少H2的压力是有益的。为了验证这些假设,本研究使用位于瑞士的乳白色粘土岩,目前有深层的地质储藏室。通过在地表300m以下,向Opalinus Clay地上凿孔通入H2 ,结合捕获地上凿洞水的监视器观测地下储藏条件下的化学和生物变化和微生物代谢网络。  


实验设计:


 实验结果:


1 宏基因组binning(右图)和16S rRNA基因测序(左图)两种方法所描述的微生物群落组成相似

2 22个高质量MAGS的代谢能力Heatmap


3 宏蛋白组分析和群落水平代谢网络。(左图)Desulfobulbaceae c16a代谢途径;(右图)宏蛋白数据中获得的碳循环。


参考文献:  

[1]Hultman J, Waldrop M P, Mackelprang R, et al. Multi-omics of permafrost, active layer and thermokarst bog soil microbiomes[J]. Nature, 2015, 521(7551): 208-212.

[2]Wang H, Sangwan N, Li H Y, et al. The antibiotic resistome of swine manure is significantly altered by association with the Musca domestica larvae gut microbiome.[J]. Isme Journal, 2016.

[3]Bagnoud A, Chourey K, Hettich R L, et al. Reconstructing a hydrogen-driven microbial metabolic network in Opalinus Clay rock[J]. Nature Communications, 2016, 7: 12770.


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