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PacBio SMRT测序告诉你原来皮肤上还有这些微生物

浏览次数: 日期:2016年6月20日 15:08

近年来,随着测序技术的快速发展,宏基因组技术在微生物研究领域中的优势愈发明显。宏基因组测序通过直接从环境样品中提取全部微生物的DNA进行二代测序,摆脱了传统研究中微生物分离培养的技术限制,在鉴定低丰度的微生物群落、挖掘更多基因资源方面具有很大优势,其应用渗透到各个领域, 包括海洋、土壤、动物胃肠道、人体口腔及胃肠道等。目前,绝大部分宏基因组研究中使用了二代测序技术,其较低的成本可以满足大多数科研工作者的要求。然而,二代测序读长短的劣势在面对复杂微生物群落时显得十分明显。为了获得更准确的微生物宏基因组信息,研究人员的目光再次聚焦于PacBio SMRT测序。

下面我们一起来解析一篇16年最新的宏基因组文章,看看PacBio SMRT测序是怎样“攻破”皮肤上的微生物群落。

PART 1——文章解读

使用单分子测序解决人类皮肤宏基因组复杂性难题

DOI10.1128/mBio.01948-15

研究对象:

皮肤表面微生物群落,选择20多岁健康女性的臂部和足部进行取样。

测序方法:

1PacBio SMRT宏基因组测序,微生物数据26.6Mb,足部数据622.9Mb,平均读长1,689 bp(长度范围50-14,690 bp);

2IlluminaHiSeq PE100宏基因组测序,得到臂部数据805.5Mb,足部数据3.0Gb,平均读长98 bp(长度范围50-101 bp);

3Roche 454进行16s/ITS测序,分别测定16s V1-V3区和ITS1区。

研究结果:

在以往的研究中,根据样品来源不同,人类皮肤表面微生物群落样本使用二代测序进行分析时,2%~96%的数据无法分辨。为了获得更好的分析结果,研究人员尝试使用SMRT测序进行宏基因组组装分析。结果表明,低深度的SMRT测序数据能够准确地区分复杂群落的分类丰度,而高深度的SMRT测序数据则可以构建高质量闭合微生物图谱。最终,研究人员使用SMRT测序从皮肤宏基因组数据中构建了新菌株(拟杆菌,Corynebacteriumsimulans)及其噬菌体的高质量、完整的基因组图谱。

PART2——技术对比及应用

NGSSMRTMeta测序中具有不同的特性:

1NGS测序深度高,但是基因跨度低(片段短);SMRT测序低深度,高跨度(片段长)。长片段使复杂区域组装成为可能,并且可以分辨高同源性区域;

2SMRT测序可以帮助发现低丰度物种,而NGS测序不行,因为NGS测序具有PCR扩增偏好性;

3SMRT测序能够直接读取表观遗传信息;

4NGS短片段在基因多态性和遗传异质性评估上具有优势。

混合组装:

在上述文章中,研究人员认为短片段测序和长片段测序在微生物宏基因组群落分析中具有互补性[1]。同样的观点在其他文章中也有体现,德国的研究人员结合PacBio CCS数据和HiSeq数对商业沼气反应器的微生物样品进行组装分析,发现混合组装的contig叠加长度大于分别组装后相加的长度(PacBio + HiSeq: 21.01 Mb, Hybrid: 26.8 Mb;contig> 25kb,PacBio + HiSeq: 6.5 Mb, Hybrid: 9.3 Mb[2]

 

参考文献:

1. Tsai Y C, Conlan S, Deming C, et al. Resolving the Complexity of Human Skin Metagenomes Using Single-Molecule Sequencing[J]. Mbio, 2016, 7(1).

2. Frank J A, Pan Y, Tooming-Klunderud A, et al.Improved metagenome assemblies and taxonomic binning using long-read circular consensus sequence data[J]. Sci Rep, 2016; 6: 25373.

 

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