宏基因組和宏蛋白組

宏基因組和宏蛋白組宏基因組和宏蛋白組第1頁序言SystemsBiologyGeneGenomicsMetagenomicsmRNATranscriptomicsMeta-transcriptomicsproteinProteomicsMetaproteomicsmetabolitesMetabolomicsMeta-metabolomicsFunction-omicsMeta-宏基因組和宏蛋白組第2頁宏基因組（Metagenomics)以各種環(huán)境樣品中微生物群體基因組為研究對象，包含了可培養(yǎng)和未可培養(yǎng)微生物基因，當前主要指環(huán)境樣品中細菌和真菌基因組總和。以揭示微生物多樣性、種群結構、進化關系、功效活性、相互協(xié)作關系及與環(huán)境之間關系宏基因組和宏蛋白組第3頁高通量測序加速宏基因組于高通量測序宏基因組研究無需構建克隆文庫，這防止了文庫構建過程中利用宿主菌對樣品進行克隆而引發(fā)系統(tǒng)偏差，簡化了試驗操作，提升了測序效率，從而極大地促進了宏基因組學發(fā)展。對于環(huán)境中大量非培養(yǎng)樣本直接進行測序，防止許多無法微生物株系難以純化培養(yǎng)用于判定弊端宏基因組和宏蛋白組第4頁狹義宏基因組測序宏基因組測序即利用測序技術對環(huán)境樣品中全部微生物基因組進行測定，以分析微生物群體基因組成及功效，解讀微生物群體多樣性和豐度，探索微生物與環(huán)境及宿主之間關系現(xiàn)有高通量測序技術平臺在高覆蓋率、長讀長和讀序精度上矛盾，限制了宏基因組測序在微生物群體基因組成、多樣性分析方面能力；且在物種分類菲、豐度以及進化關系方面能力不足宏基因組和宏蛋白組第5頁環(huán)境微生物群落多樣性分析環(huán)境微生物群落多樣性分析，利用高通量測序平臺，對核糖體RNA高變區(qū)域，比如16S/18S/ITS等序列；或直系同源功效基因，比如細菌和古菌氨氧化酶基因進行測序。從而揭示研究對象環(huán)境中微生物群落物種組成、相對豐度、群落類型以及進化關系，是宏基因組測序有效補充。無需培養(yǎng)分離菌群：直接從環(huán)境樣本中擴增核糖體rDNA高變區(qū)進行測序，處理了大個別菌株不可培養(yǎng)難題?？陀^還原菌群結構：專業(yè)、成熟、穩(wěn)定樣本制備流程，嚴格控制PCR循環(huán)數(shù)，客觀還原樣品本身菌群結構及豐度百分比。痕量菌檢測：充分發(fā)揮高通量測序大數(shù)據(jù)量優(yōu)勢，能檢測出豐度低至萬分之一痕量菌。宏基因組和宏蛋白組第6頁環(huán)境微生物群落多樣性分析測序區(qū)域宏基因組和宏蛋白組第7頁環(huán)境微生物群落多樣性分析測序稀釋性曲線ShannonRankAbundance物種累曲線宏基因組和宏蛋白組第8頁環(huán)境微生物群落多樣性分析測序宏基因組和宏蛋白組第9頁環(huán)境微生物群落多樣性分析測序宏基因組和宏蛋白組第10頁環(huán)境微生物群落多樣性分析測序宏基因組和宏蛋白組第11頁環(huán)境微生物群落多樣性分析測序研究特征有效對微生物群落進行分類，物種組成以及進化關系分析。揭示不一樣環(huán)境下微生物群落組成差異不適合用于研究微生物種群生化特征、功效特征，基因組成，與環(huán)境或宿主相互作用。無法解釋不一樣環(huán)境脅迫下微生物種群功效特征改變。宏基因組和宏蛋白組第12頁宏蛋白組研究在后基因組時代，微生物群落分析一個主要挑戰(zhàn)就是闡述宏基因組功效，并把微生物群落遺傳結構和它們功效多樣性聯(lián)絡起來。前面所述宏基因組學受測序條件以及基因組本身性質所限，闡述群落功效能力不足；經(jīng)過16s/18s/ITS環(huán)境微生物多樣性分析方式無法直接揭示功效及相互作用；微生物群落功效也能經(jīng)過轉錄組學(Metranscriptome)方法研究，即提取環(huán)境樣品中全部微生物RNA。然而，因為RNA半衰期較短，在抽提過程中難以去除腐殖質，相同基因在不一樣群體中有不一樣轉錄動態(tài)，RNA和蛋白質低相關性，這些妨礙了Metranscriptome在微生物群落研究中應用。正是這些限制，才使蛋白質組學方法逐步在微生物群落研究中開始得到應用。環(huán)境蛋白質組學(Metaproteomics)最初由Wilmes和Bond命名，指大規(guī)模判定給定時間和地點環(huán)境樣品整個蛋白組分?；A程序包含：環(huán)境中總蛋白提取、經(jīng)過一維或二維凝膠電泳或HPLC對蛋白進行分離、質譜分析、數(shù)據(jù)統(tǒng)計分析將群落遺傳結構與功效結構聯(lián)絡起來，同時也可判定蛋白進行反向遺傳學研究。宏基因組和宏蛋白組第13頁宏蛋白組研究意義自然界微生物群落是極其復雜動態(tài)系統(tǒng)，在后基因組時代，基于核酸分析方法(諸如Metagenome)不能夠揭示微生物群落原位功效。大規(guī)模碩士境在中微生物表示蛋白(Metaproteome)能提供微生物在生態(tài)系統(tǒng)中功效信息，它有望把微生物群落遺傳和功效多樣性聯(lián)絡起來，更詳細地說，對于不一樣環(huán)境Metaproteomics分析：(1)能夠捕捉新功效基因和代謝路徑；(2)判定與特異脅迫相關蛋白。蛋白質組學聯(lián)合宏基因組數(shù)據(jù)能夠更加好地揭示環(huán)境群落分類多樣性、功效多樣性和生物過程。當前成熟蛋白組研究伎倆為宏蛋白組研究提供了可靠工具2DGE-LC-MS2DLC-MSItraqLabelfree宏基因組和宏蛋白組第14頁宏蛋白組研究現(xiàn)實狀況Metaproteomicsofsoilsfromsemiaridenvironment:FunctionalandphylogeneticinformationobtainedwithdifferentproteinextractionmethodsF.Bastidaetal.JournalofProteomics101(2014)31–42宏基因組和宏蛋白組第15頁本文經(jīng)過宏蛋白組學方法，揭示了貧瘠土壤與肥沃土壤中微生物種群不一樣生物學功效：種群結構趨向一致貧瘠土壤中基因功效偏向于C源和N源固定肥沃土壤基因功效偏向于對腐殖質分解利用作者認為宏蛋白組學能夠有效揭示不一樣環(huán)境下土壤微生物群落功效異質性，不一樣生化趨勢，不一樣生物地理特征宏基因組和宏蛋白組第16頁IntegratedmetagenomicandmetaproteomicanalysesofmarinebiofilmcommunitiesDagmarH.LearyetalBiofouling,Vol.30,No.10,1211–1223宏蛋白組研究現(xiàn)實狀況宏基因組和宏蛋白組第17頁本文作者追蹤研究了執(zhí)行不一樣海域任務軍艦殼體水線生物膜中微生物群落物種豐度及功效特征，闡述了微生物群落在不一樣物理、化學、地理和季節(jié)原因下改變和特征；研究方式整合了宏基因組分析和宏蛋白組分析研究方案，為meta-omics研究模式提供了很好范例。宏基因組和宏蛋白組第18頁EnvironmentalproteomicsofmicrobialplanktoninahighlyproductivecoastalupwellingsystemSarahMSowelletal.TheISMEJournal()5,856–865宏蛋白組研究現(xiàn)實狀況作者利用宏蛋白組學伎倆對海洋水體浮游微生物主體成份，主要功效類型進行分析在富營養(yǎng)體系中，單碳化合物是其主要生物地球化學特征。宏基因組和宏蛋白組第19頁宏蛋白組研究現(xiàn)實狀況經(jīng)過宏蛋白組學揭示冬季和夏季南極半島海岸表面水體中浮游微生物種群區(qū)分、功效差異，尤其是代謝方式差異Ametaproteomicas