测序技术的发展,在微生物基因组研究领域涌现出各种类型的项目:基因组扫描图、完成图、精细图、染色体水平组装……这么多的项目类型,怎样做选择呢?每种项目又可以给我们的研究提供什么样的支持呢?做完了基因组的测序和组装,又如何能讲好一个微生物故事呢?今天,就给大家分享下微生物基因组研究常见的项目类型,一般思路和一些凌恩的经典微生物基因组研究案例—— 首先,用一张表来汇总下目前常见的基于高通量测序的微生物基因组研究策略及 适用的研究类型:
接下来,我们重点来聊一聊微生物基因组常用的研究思路; 针对上述两类研究目的,可以整理出微生物基因组研究的一般思路: (2) 通过功能注释及基因家族富集分析,解析单一菌株在环境中的生存机制,结合CAZymes、次生代谢产物注释等,为探讨菌株的生理生化相关功能及其生产意义提供依据;下游可开展目的基因的筛选及验证,为相关功能的开发利用提供参考。 (3) 通过进化树研究或比较基因组、泛基因组分析等,对多个个体基因组进行分析,解析菌株的起源、进化历史、分化时间、传播规律等,探求其基本基因功能单元和特异性特征,为解释相应的研究目的提供证据。 下面,来看看凌恩生物的合作老师们都发表过哪些精彩的微生物故事吧! 经典案例1(凌恩客户实例-细菌基因组完成图) 比较基因组分析揭示YJN-5菌株异丙二酮降解分子机制 Comparative genomic analysis of iprodione-degrading Paenarthrobacter strains reveals the iprodione catabolic molecular mechanism in Paenarthrobacter sp. strain YJN-5 期刊:Environ Microbiol 影响因子:5.491 发表时间:2021年 研究背景 方法流程 *YJN-D菌株分离培养 *Illumina+PacBio测序,组装出YJN-D的基因组 *比较基因组研究两种不同菌株的基因组的共性及差异 研究结果 1.YJN-5基因组特征:基因组大小为4526515 bp,GC含量为64%,预测含有4256个ORFs。 2. YJN-5菌株关于异菌脲分解代谢相关基因的报告 3. 对两种异菌脲降解菌株比较分析和实验验证,确定了编码保守的异菌脲分解代谢途径的基因。 4. 降解异菌脲的基因包括酰胺酶基因ipaH、脱乙酰酶基因、ddaH等。这些基因分布在菌株YJN-5的三个质粒上,并且在YJN-D与YJN-5菌株之间高度保守。 5. 构建携带可降解异菌脲基因的质粒,在其他菌中进行表达验证。 经典案例2(凌恩客户实例-细菌基因组完成图) 第二条染色体促进 Flammeovirga 属对复杂环境的适应 The Second Chromosome Promotes the Adaptation of the Genus Flammeovirga to Complex Environments 期刊:Microbiol Spectr 影响因子:7.171 发表时间:2021 研究背景 方法流程 *获得Flammeovirga sp. MY04单菌 *通过Illumina+PacBio测序,组装出单菌的完整基因组 *基因预测--基因功能分析--基因水平转移--进化分析 主要结果 1.Flammeovirga属的基因组包含第二染色体。第二条染色体比质粒大得多,具有 rRNA 并且与第一条染色体的GC含量差异为 1%。 2. Flammeovirga属的两条染色体编码基因存在功能差异。第一条染色体携带着细胞过程的核心基因,而第二条染色体则富含参与无机离子和碳水化合物转运和代谢的基因,特别是编码糖苷水解酶和多糖裂解酶的基因,这些基因构成了菌株优异性能的遗传基础利用多糖。 3. Flammeovirga属的第二染色体富含水平转移的基因、重复基因。 4. 第一条染色体在进化上更加保守,而第二条染色体更具可塑性,进化的突变率高于第一条染色体,这可能与它们在细菌生存过程中的不同作用有关。 研究意义 表 Flammeovirga 属基因组特征 经典案例3(凌恩客户实例-真菌基因组精细图) 内生菌共生体对海洋真菌生物合成基因簇的调节作用 Upregulation of a marine fungal biosynthetic gene cluster by an endobacterial symbiont 期刊:Commun Biol 影响因子:4.165 发表时间:2020 研究背景 方法流程 *获得共生体SCSIO F190/B001、细菌SCSIO B001 *16s多样性分析* *Illumina+PacBio测序,组装细菌SCSIO B001的基因组 *系统发育分析、GFP定位、代谢分析 主要结果 1.共生体SCSIO F190/B001的互惠关联。这种细菌生活在真菌菌丝体内,足够强壮可以独立于宿主生存;独立生长的细菌可以在体外感染真菌宿主并继续繁殖生长。 2. 细菌共生体可以合成一种抗菌剂—螺旋霉素,该抗菌剂可以赋予共生体一种防御手段来抵御竞争生物。 3.基因组分析显示螺旋霉素生物合成机制不是由细菌编码,而是由真菌宿主编码。 主要结论 经典案例4(凌恩客户实例-真菌基因组染色体水平组装) 致病性Penicillium digitatum的完整基因组 The completed genome sequence of the pathogenic ascomycete fungus Penicillium digitatum 期刊:Genomics 影响因子:5.736 发表时间:2021 研究背景 研究方法 研究结果 1. 本研究得到完整的 P.digitatum 基因组。基因组大小为26.336Mb,共6条染色体。 2. 本研究组装的 P.digitatum 基因组注释得到9000多种编码蛋白。 3. 基因组分析确定了302 种碳水化合物活性酶、420种分泌蛋白和39种次级代谢物 (SM) 基因簇。 研究结论 更多测序知识,欢迎关注凌恩生物公众号。 相关链接: 测序故事:从框架图到染色体水平组装(一) |
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