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微生物群落分析

 
       环境微生物多样性检测,是以样品中的微生物群落作为整体进行研究,通过对核糖体RNA高变区域(比如16S/18S/ITS等序列)或功能基因(如古菌的氨氧化基因等)进行PCR扩增和测序,分析环境中细菌、古细菌以及真菌的种类组成和含量,揭示环境样品中微生物种类以及它们之间的相对丰度和进化关系,进一步探讨微生物多样性;对于研究微生物与人类医疗健康、食品安全、环境检测与治理、微生物资源的利用等有着重要的理论和现实意义。

1.细菌或古菌:16S rRNA扩增子测序
        16S rDNA测序是指对环境样本16S rDNA 高变区进行PCR扩增及高通量测序的一种技术,可对特定环境下细菌和古菌的微生物种类和丰度进行有效的鉴定。基于Illumina Miseq平台的16S rDNA测序可以一次性完成多个样本的平行测序,提供环境样本物种分类,物种丰度,种群结构,系统进化,群落比较等诸多信息。之江生物基于Miseq平台,利用16S rRNA的V3-V4,参考EzTaxon数据库,可提供准确的物种分类和系统发育鉴定。

       高变区在不同微生物中具有种属特异性,可以用来鉴别物种,作为原核微生物多样性分析的分子基础。  EzTaxon数据库可以根据每个读长将物种鉴定到种的水平。EzTaxon是一个16S rRNA基因序列数据库比较全面的数据库,包含确定名称以及未确定的分类单元。EzTaxon有62,000个原核生物物种,目前全球有16,000名使用者并被引用超过3,800次。

2.真菌:ITS扩增子测序


       真菌广泛分布于全球各带的土壤、水体、动植物及其残骸和空气中,在自然界中充当分解者、共生者、寄生物以及病原体等角色。ITS(Internal Transcribed Spacer, 内转录间隔区),是真菌核糖体RNA (rRNA)基因非转录区的一部分。由于ITS 区不加入成熟核糖体,所以ITS 片段在进化过程中承受的自然选择压力非常小,因此能保留更多的变异,在绝大多数的真核生物中表现出了极为广泛的序列多态性。而且ITS序列长度适中,从人类到酵母的各种真核生物中ITS的序列长度为300bp ~ 1000bp,可广泛用于真核生物的分类学和系统进化关系研究。

        ITS 分为两个区域:ITS1 和 ITS2,ITS1 位于真核生物 rDNA 序列18S 和5.8S 之间,ITS2 位于真核生物 rDNA 序列5.8S 和28S 之间。 ITS2 是目前最为广泛用于研究真菌群落结构多样性的测序区域。
       之江生物针对真菌的群落分析采用对ITS2区域进行测序,利用EzFungi数据库进行群落分析,目前EzFungi数据库已包括超过17,000个真菌物种信息。

工作流程

                        样本提取               文库构建              上机测序             生信分析生成报告
技术参数

 

样本要求
 

优势       

       我们提供微生物群落分析的一站式解决方案,分析流程由EzTaxon-e权威数据库支持:包含超过62,000条16S rRNA全长序列,专用于微生物分类鉴定,引用率超过3,800次,获同行评议认可并推荐。
         CLcommunityTM分析软件简单易用,轻松实现数据深度发掘和可视化分析,直接导出发表论文所需图表。

案例解析

1. Comparative analysis of gut microbiota in elderly people of urbanized towns and longevity villages
    城镇居民和长寿村居民中老年人的肠道微生物群落比较

摘要:
       为了研究城镇居民和长寿村居民中老年人的肠道微生物群落差异,研究者采集了2个城镇(人均寿命65岁)和3个长寿村庄(人均寿命85岁)中年长者的粪便样本并用454高通量测序平台进行分析。分类学研究结果发现在长寿村居民的肠道菌群中,厚壁菌门(Firmicutes)、柔膜菌门(Tenericutes)和放线菌门(Actinobacteria)的相对丰度要显著低于城镇居民;而长寿村民肠道内的拟杆菌属(Bacteroides)、普氏菌属(Prevotella)和毛螺菌属(Lachnospira)的比例要显著低于城镇居民。此外,虽然城镇居民和长寿村居民的肠道菌群组成大部分相同,但一些拟杆菌(Bacteroides spp.)和柔嫩梭菌(Faecalibacterium spp.)仅存在于长寿村居民的肠道中。特别是在柔嫩梭菌属中,未命名菌种EF402172_s和EF404388_s是长寿村居民和儿童的肠道微生物所特有的,这两种菌已被证明具有抗炎症的功能。而城镇居民粪便样本中的脂多糖(LPS)含量显著高于长寿村居民。这些发现表明:肠道微生物群落的组成和脂多糖的含量可能与长寿村居民保持健康和长寿有重要关联。
 


Differences in Bateroides spp. between UTC and LVC samples. The relative contribution of Bateroides spp. identified from 16 s rRNAamplicon sequencing data is shown. LVC, longevity village communities; UTC, urbanized town communities
 


Principal coordinate analysis plot. The plot shows the clustering pattern between UTC and LVC based on a Principal Coordinates Analysis (PCoA). The distance matrix was calculated using weighted pairwise Fast UniFrac. LVC, longevity village communities; UTC, urbanized town communities. Green circle, child; red circle, UTC 40–69 y; purple circle, LVC 40–69 y.


2. Profiling bacterial community in upper respiratory tracts
    上呼吸道细菌群落分析
摘要:       

       病原微生物的感染会导致上皮细胞的损伤,严重影响上呼吸道的健康状况。因此,病毒引发的感染可能导致呼吸道微生物群落的变化。
       此项研究旨在分析健康人与上呼吸道病毒感染患者的呼吸道微生物群落差异,同时研究不同的病毒病原体对微生物群落的影响。研究者用454测序平台分析了57个健康人和59个感染不同呼吸道病毒患者的呼吸道微生物群落样本。结果发现健康人的样本中链球菌属(Streptococcus)占主要部分,而在患者样本中嗜血杆菌属(Haemophilus)和莫拉克斯氏菌属(Moraxella)的数量更多。使用Fast UniFrac方法进一步分析微生物群落间的相似关系后发现,此次参与实验的人群按其呼吸道微生物群落的特征可以分为6大类型,而且类型的划分与所感染的呼吸道病毒类型没有直接联系,而是与患者的年龄有一定相关性。值得注意的是:Moraxella nonliquefaciens在6岁以下的患者人群中含量非常高。此菌的基因组编码多种可能与发病机理相关的蛋白,据此推测M. nonliquefaciens很可能是一种机会致病菌。

Distinct populations of multiple genera observed in healthy-adult and patient groups.The 7-most dominant genera observed in the samples were selected and are depicted in the radiation diagram. The height of each peak represents the percent ratio of the corresponding genus in a sample. Streptococcus and Gemella dominated in the healthy-adult group, whereas the genera Haemophilus andMoraxella dominated in the patient group.

Phylogenetic tree based on 16S rRNA gene sequences showing the relationship of the newly discovered Moraxella sequences with publically available sequences of other Moraxellastrains. Representatives of 3 M. catarrhalis type strains were included together with the type strains of Moraxella species. Red text and blue test indicate M. nonliquefaciens contigs and M. catarrhaliscontigs recovered from patient samples, respectively. The neighbor-joining tree was evaluated using 1,000 bootstrap pseudoreplicates. Only bootstrap values over 70% are shown at branch nodes. The scale bar represents the genetic distance.

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