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文献速递丨PacBio三代全长扩增子测序在环境样本研究中的运用

发布时间:2021-5-12 8:35:38阅读次数: 分享到:

摘要

近年来,PacBio全长扩增子测序技术凭借其超长读长,高准确率,高分辨率等优势在环境保护,医学诊断,畜牧养殖,污水处理等领域发挥了重要作用。期刊发文量逐年提升,随着测序通量进一步提高,分析技术的逐渐成熟,扩增子的应用也将更为广泛,今天为大家分享4篇全长扩增子测序应用案例,希望给大家带来微生物多样性研究的新思路。

01

英文名:Full-length 16S rRNA gene sequencing reveals spatiotemporal dynamics of bacterial community in a heavily polluted estuary, China

中文名:16S rRNA基因全长测序揭示重污染河口细菌群落结构的时空动力学特征

期刊Environmental Pollution

发表时间:2021年1月

摘要:

解河口的细菌群落结构,可以更深入地了解环境污染对环境的影响。本研究采用单分子实时测序技术(SMRT)对辽河河口的细菌群落结构进行了研究。总共收集了57个样本,并根据生境、区域、季节和生活方式进行了分组。在海水中,无论是颗粒附着细菌(PA)还是自由生活细菌(FL),α多样性较高的区域在旱季为近岸区域,而在雨季为中游区域。近岸海域沉积物和海水样品中细菌群落在属水平上存在差异,生境类型是主要影响因素。不同生活方式的细菌群落在旱季有明显差异,而在雨季则无明显差异,这是浮游细菌生活方式转变的结果。沉积物样品中细菌群落在空间上有变化,但没有季节性变化。在海水中,FL和PA细菌群落在雨季期间都有空间变化。只在FL细菌群落中观察到季节差异。Zn和沙子是砂质含量是细菌群落的主要驱动因子,Cu和盐度是FL细菌的主要驱动因子,Cu、盐度、Zn和温度是PA细菌的主要驱动因子。此外,潮汐和营养盐也是海水细菌群落的主要驱动力。与Cyanobium_PCC-6307PseudomonasVibrio相关的指示类群进一步证明了可能存在水华、原油和病原菌污染。研究结果有助于了解辽河河口的细菌群落与人类活动的影响。

图1 沉积物(A)、PA细菌(B)和FL细菌(C)样品中细菌群落与环境因子关系的CCA分析;

沉积物(D)和海水(E)样品中细菌属与化学特性之间的Spearman相关性热图


02

英文名:Using PacBio sequencing to investigate the effects of treatment with lactic acid bacteria or antibiotics on cow endometritis

中文名:使用PacBio测序研究乳酸菌和抗生素治疗奶牛子宫内膜炎的效果

期刊Electronic Journal of Biotechnology

发表时间:2021年3月

摘要:

子宫内膜炎是奶牛最常见的疾病,传统上用抗生素治疗。乳酸菌既能抑制病原体生长,又有治疗子宫内膜炎的潜力。采用PacBio单分子实时测序技术,对31例子宫内膜炎奶牛子宫粘液样本中微生物群的16S rRNA基因全长序列进行了测序,其中乳酸菌处理组(实验组)和抗生素对照组(对照组)分别为实验组(E组)和对照组(C组)。比较治疗前后采集的微生物群。结果:两种处理后细菌物种丰富度均显著高于处理前,但细菌多样性差异无显著性。经乳酸菌和抗生素处理后,一些细菌的丰度增加:Lactobacillus helveticus,Lactococcus lactis,Lactococcus raffinolactis,Pseudomonas alcaligenesPseudomonas veronii。数量显着减少的细菌种类因奶牛是否使用了乳酸菌或抗生素而有所不同。Staphylococcus equorumTreponema brennaborense的丰度在乳酸菌处理后增加,在抗生素处理后降低。根据基于COG的功能宏基因组预测,384个功能蛋白在治疗后有显著差异。E组和C组蛋白表达途径均明显高于治疗前(p<0.05)。结论:本研究发现乳酸菌可以治疗子宫内膜炎,恢复正常生理状态,同时避免了抗生素治疗带来的有益微生物群丰度降低的缺点。表明乳酸菌治疗牛子宫内膜炎具有替代抗生素的潜力。

图2 不同特定COG注释的代谢途径和相应蛋白质的数量


03

英文名:High-Resolution Differentiation of Enteric Bacteria in Premature Infant Fecal Microbiomes Using a Novel rRNA Amplicon

中文名:利用一种新的rRNA扩增子高分辨率鉴定早产儿粪便微生物组的肠道细菌

期刊mBio

发表时间:2021年2月

摘要:

随着微生物群的进化,识别和跟踪微生物菌株是微生物组研究领域的主要挑战。研究者利用了一种新的测序试剂盒,它结合了DNA提取、rRNA操纵子大区域的PCR扩增和下游生物信息学数据分析。来自两个不同新生儿重症监护病房(NICU)的共入院双胞胎的纵向微生物组样本被用跨越16S和23S rRNA基因并比对到新的自定义的16S-23S rRNA数据库的2500个碱基扩增子进行了分析。使用DADA2推断的扩增序列变体(ASV)为区分rRNA变体提供了足够的分辨率,这些菌株与克雷伯氏菌、大肠杆菌和肠杆菌菌株关系密切,但之前未测序,这些菌株是NICU入院后在这些婴儿肠道中定殖的第一批细菌。不同的ASV群体随着时间的推移在双胞胎之间被监测,证明了追踪共生体和病原体的来源和传播的可能性。从长扩增子测序获得的高分辨率分类,可在医院环境中婴儿建立微生物组,在时间和空间上跟踪菌株。

图3 双胞胎A/B和Y/Z细菌群落组成。对两对双胞胎的粪便样本在出生后第1周至第8周(双胞胎A/B)或第9周(双胞胎Y/Z)进行了分析


04

英文名:Microdiversity and phylogeographic diversification of bacterioplankton in pelagic freshwater systems revealed through long-read amplicon sequencing

中文名:长读扩增子测序分析揭示远洋淡水系统浮游细菌的微多样性和系统地理多样性

期刊Microbiome

发表时间:2021年1月

摘要:

淡水生态系统中栖息着世界性浮游细菌谱系的成员,尽管这些栖息地的性质是互不相连的。根据大于97%的16S rRNA基因序列相似性来划分谱系,但它们的谱系内微多样性和系统地理学仍然没有得到解决,这是理解它们普遍存在背后的生态进化过程的关键。本文研究者针对几乎全长的16S rRNA基因和相邻的核糖体内部转录间隔区序列进行了长读扩增子测序,以揭示日本和欧洲11个深水湖泊中远洋浮游细菌组合的谱系内多样性。通过单核苷酸分辨分析,且通过鸟枪法宏基因组测序验证,发现了11个主要细菌谱系中每一个的7-101个扩增子序列变体,并显示出不能通过常规方法解决的共域、异地和时间微多样性。鉴定出具有相似谱系内群体组成的样本集群,这一直支持日本和欧洲之间的基因隔离。在区域尺度(长达数百公里),湖泊之间的扩散不太可能成为限制因素,而环境因素或遗传漂变是种群构成的潜在决定因素。不同谱系的微多样性程度不同,这表明高度多样化的谱系,谱系内多样性程度最低的是占优势的次生物种谱系(CL500-11),这表明它们在湖泊间的扩散不受限制,尽管均温层是一个比变温层更孤立的栖息地。

图4 琵琶湖CL500-11序列基于扩增序列变异(ASV)的单核苷酸多态性(SNPs)与通过宏基因组检测到的SNPs的比较


总  结

从以上发表的文献中可以看到,PacBio全长扩增子的优势逐渐显现,配合DADA2去噪分析获得高准确度的ASVs,进而高分辨率表征群落物种结构,最后还可利用PICRUSt 2进行功能预测,分析KEGG的KO、MetaCyc等代谢通路,在更为精细的尺度进行深入研究。

菲沙基因拥有多种测序平台和强大的计算机资源,提供最佳的测序解决方案和快速的分析平台。可提供二代和三代扩增子,宏基因组测序服务,研究经验包括:水体、沉积岩、粪便、土壤、粘膜、口腔、发酵饲料、瘤胃和发酵液等。从样品提取、建库测序、数据分析、结果交付到售后服务为您提供一站式服务,为您助力高分文章。

TIPS

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参考文献:

1.Hongxia M, Jingfeng F, Jiwen L, et al. Full-length 16S rRNA gene sequencing reveals spatiotemporal dynamics of bacterial community in a heavily polluted estuary, China[J]. Environmental Pollution, 2021, 275: 116567.

2.Yang L, Huang W, Yang C, et al. Using PacBio sequencing to investigate the effects of treatment with lactic acid bacteria or antibiotics on cow endometritis[J]. Electronic Journal of Biotechnology, 2021.

3.Graf J, Ledala N, Caimano M J, et al. High-Resolution Differentiation of Enteric Bacteria in Premature Infant Fecal Microbiomes Using a Novel rRNA Amplicon[J]. Mbio, 2021, 12(1).

4.Okazaki Y, Fujinaga S, Salcher M M, et al. Microdiversity and phylogeographic diversification of bacterioplankton in pelagic freshwater systems revealed through long-read amplicon sequencing[J]. Microbiome, 2021, 9(1): 1-15.

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