高通量测序微生物多样性

(5)高通量测序：环境微生物群落多样性分析

微生物群落多样性的基本概念

环境中微生物的群落结构及多样性和微生物的功能及代谢机理是微生物生态学的研究热点。长期以来，由于受到技术限制，对微生物群落结构和多样性的认识还不全面，对微生物功能及代谢机理方面了解的也很少。但随着高通量测序、基因芯片等新技术的不断更新，微生物分子生态学的研究方法和研究途径也在不断变化。第二代高通量测序技术（尤其是Roche

454高通量测序技术）的成熟和普及，使我们能够对环境微生物进行深度测序，灵敏地探测出环境微生物群落结构随外界环境的改变而发生的极其微弱的变化，对于我们研究微生物与环境的关系、环境治理和微生物资源的利用以及人类医疗健康有着重要的理论和现实意义。

在国内，微生物多样性的研究涉及农业、土壤、林业、海洋、矿井、人体医学等诸多领域。以在医疗领域的应用为例，通过比较正常和疾病状态下或疾病不同进程中人体微生物群落的结构和功能变化，可以对正常人群与某些疾病患者体内的微生物群体多样性进行比较分析，研究获得人体微生物群

落变化同疾病之间的关系；通过深度测序还可以快速地发现和检测常见病原及新发传染病病原微生物。研究方法进展

环境微生物多样性的研究方法很多，从国内外

基于二代高通量测序的环境微生物多样性分析

一般认为土壤、海洋、肠道等生态系统中的微生物数量繁多、种类多样。传统的培养方法只限于对环境样品中极少部分（0.1%-1%）可培养的微生物类群的研究，而变性梯度凝胶电泳（DGGE）、克隆文库等常规的分子生物学方法也因操作复杂、成本高、痕量菌发现困难等因素无法达到深入分析环境微生物多样性的目的。高通量测序技术的出现，极大的促进了对环境中不可培养微生物以及痕量菌的研究，为环境微生物多样性的研究开启了新的研究热潮。

微生物群落中物种的多样性依然是目前研究的重点。对群落结构的研究，将有助于了解种群结构的稳定性，进而了解种群内物种间的相互依赖、相互制约的内在联系，为将来构建功能性种群服务。鉴于微生物群落是一个多物种的集合体，其中高达 95%以上的微生物物种无法分离也不能独立培养，拼装出每个独立个体的基因组现在也无法实现，细菌16S 或真菌ITS测序分析依然是现阶段微生物群落多样性和多态性分析的基石。

一、高通量测序背景介绍

高通量测序技术，可以一次对几十万到几百万条DNA分子进行序列测定，使得对PCR扩增产物直接进行序列测定成为可能。极大的促进了对环境中不可培养微生物以及痕量菌的研究，为环境微生物多样性的研究开启

基于二代高通量测序的环境微生物多样性分析

一般认为土壤、海洋、肠道等生态系统中的微生物数量繁多、

种类多样。传统的培养方法只限于对环境样品中极少部分

（0.1%-1%）可培养的微生物类群的研究，而变性梯度凝胶电泳（DGGE、克隆文库等常规的分子生物学方法也因操作复杂、成本高、痕量菌发现困难等因素无法达到深入分析环境微生物多样性的目的。高通量测序技术的出现，极大的促进了对环境中不可培养微生物以及痕量菌的研究，为环境微生物多样性的研究开启了新的研究热潮。

微生物群落中物种的多样性依然是目前研究的重点。对群

落结构的研究，将有助于了解种群结构的稳定性，进而了解种群

内物种间的相互依赖、相互制约的内在联系，为将来构建功能性种群服务。鉴于微生物群落是一个多物种的集合体，其中高达95% 以上的微生物物种无法分离也不能独立培养，拼装出每个独立个

体的基因组现在也无法实现，细菌16S或真菌ITS测序分析依

然是现阶段微生物群落多样性和多态性分析的基石。

一、高通量测序背景介绍

高通量测序技术，可以一次对几十万到几百万条DNA分子进行序列测定，使得对PCR扩增产物直接进行序列测定成为可能。极大的促进了对环境中不可培养微生物以及痕量菌的研究，为环境微

基于二代高通量测序的环境微生物多

高通量测序

高通量测序技术（High-throughput sequencing）又称“下一代”测序技术（\），以能一次并行对几十万到几百万条DNA分子进行序列测定和一般读长较短等为标志。 名词解释

根据发展历史、影响力、测序原理和技术不同等，主要有以下几种：大规模平行签名测序（Massively Parallel Signature Sequencing, MPSS)、聚合酶克隆（Polony Sequencing）、454焦磷酸测序（454 pyrosequencing）、Illumina (Solexa) sequencing、ABI SOLiD sequencing、离子半导体测序（Ion

semiconductor sequencing）、DNA 纳米球测序 （DNA nanoball sequencing）等。

高通量测序技术是对传统测序一次革命性的改变，一次对几十万到几百万条DNA分子进行序列测定，因此在有些文献中称其为下一代测序技术(next generation sequencing)足见其划时代的改变，同时高通量测序使得对一个物种的转录组和基因组进行细致全貌的分析成为可能，所以又被称为深度测序(deepsequencing

环境微生物多样性观察

徐萍

（南京师范大学，教师教育学院）

摘要：本文着重于环境微生物的观察。主要从以下四步来完成：环境微生物的采集与分离、不同微生物类群菌落的比较及细菌多样性的观察与鉴定、放线菌、真菌、霉菌高等真菌形态观察、自然界中噬菌体的分离。通过以上阶段性的研究学习微生物采集、分离、菌落鉴定等基本实验室操作方法；树立无菌意识。 前言

微生物在自然界中可以说是无处不在。不管我们生活的周围环境，还是我们体内都有大量微生物的存在，微生物不光分布广，而且种类繁多，数目庞大，让我们无法想象。我们每时每刻都在与微生物打交道，所以微生物与人类的关系非常密切。到底微生物与人类有着怎样的关系?实际上微生物与人类的关系有两个方面：有对人类有益的一面，也有对人类有害的一面。 一、 微生物与人类日常生物

人类要生存，就必须有食物。我们每天吃的很多的食品的制作都离不开微生物。比如：我们每天吃的馒头、面包、泡菜等食品。我们喝的营养丰富的酸奶；各种酒类-调味品中的醋、酱油它们都是经过微生物的发酵制作出来的。还有我们吃的营养丰富的菌类，如各种蘑菇、木耳，银耳。还有药用价值的灵芝，冬虫夏草也微生物。 二、 微生物与人类健康

在人体肠道中有很多微生物，其中要有大肠杆菌，乳

高通量测序入门第一帖http://bbs.bioon.net/bbs/thread-368220-1-1.html 很高兴成为论坛特邀专家，鄙人会接下来的一段时间内写一些高通量测序数据方面的帖子，由浅入深，可能刚开始会比较简单一些，后面会有一些针对性的专题，也欢迎各位大侠或小菜提出建议或问题大家一起探讨。 为了活跃论坛建议大家直接跟帖或发新帖，我会尽快回复大家。

本人方向也仅限在RNA-seq 领域，所以其他领域的问题可能不太了解，只能按照自己的背景知识和请教别人解答，请大家慢拍砖！

另外，由于实验室课题比较忙，所以可能不能及时发帖或回复大家，也请见谅。

既然是入门专题，那就先简单说一下，要分析高通量测序数据的配置要求吧： 声明：该配置不适用与从华大拿回分析结果直接写paper 的同学。我认识的一位同学一点生物信息背景也没有，直接用华大返回分析结果发了很好的文章，如果想这样的同学可直接跳过这篇，等待以后的专题。 言归正传： 1. 软配置：

生物理论知识：熟悉生命活动的基本过程，对复制、转录、翻译、转录后修饰有较清晰的认识，如果知道cis-element 和 trans-factor 的区别就更好了。推荐朱玉贤的分子生物学，能够掌握60%

高通量测序入门第一帖http://bbs.bioon.net/bbs/thread-368220-1-1.html 很高兴成为论坛特邀专家，鄙人会接下来的一段时间内写一些高通量测序数据方面的帖子，由浅入深，可能刚开始会比较简单一些，后面会有一些针对性的专题，也欢迎各位大侠或小菜提出建议或问题大家一起探讨。 为了活跃论坛建议大家直接跟帖或发新帖，我会尽快回复大家。

本人方向也仅限在RNA-seq 领域，所以其他领域的问题可能不太了解，只能按照自己的背景知识和请教别人解答，请大家慢拍砖！

另外，由于实验室课题比较忙，所以可能不能及时发帖或回复大家，也请见谅。

既然是入门专题，那就先简单说一下，要分析高通量测序数据的配置要求吧： 声明：该配置不适用与从华大拿回分析结果直接写paper 的同学。我认识的一位同学一点生物信息背景也没有，直接用华大返回分析结果发了很好的文章，如果想这样的同学可直接跳过这篇，等待以后的专题。 言归正传： 1. 软配置：

生物理论知识：熟悉生命活动的基本过程，对复制、转录、翻译、转录后修饰有较清晰的认识，如果知道cis-element 和 trans-factor 的区别就更好了。推荐朱玉贤的分子生物学，能够掌握60%

环境微生物多样性观察

徐萍

（南京师范大学，教师教育学院）

摘要：本文着重于环境微生物的观察。主要从以下四步来完成：环境微生物的采集与分离、不同微生物类群菌落的比较及细菌多样性的观察与鉴定、放线菌、真菌、霉菌高等真菌形态观察、自然界中噬菌体的分离。通过以上阶段性的研究学习微生物采集、分离、菌落鉴定等基本实验室操作方法；树立无菌意识。 前言

微生物在自然界中可以说是无处不在。不管我们生活的周围环境，还是我们体内都有大量微生物的存在，微生物不光分布广，而且种类繁多，数目庞大，让我们无法想象。我们每时每刻都在与微生物打交道，所以微生物与人类的关系非常密切。到底微生物与人类有着怎样的关系?实际上微生物与人类的关系有两个方面：有对人类有益的一面，也有对人类有害的一面。 一、 微生物与人类日常生物

人类要生存，就必须有食物。我们每天吃的很多的食品的制作都离不开微生物。比如：我们每天吃的馒头、面包、泡菜等食品。我们喝的营养丰富的酸奶；各种酒类-调味品中的醋、酱油它们都是经过微生物的发酵制作出来的。还有我们吃的营养丰富的菌类，如各种蘑菇、木耳，银耳。还有药用价值的灵芝，冬虫夏草也微生物。 二、 微生物与人类健康

在人体肠道中有很多微生物，其中要有大肠杆菌，乳

肠道微生物多样性与能 量代谢调控及肥胖关系

要减肥的就一定主要看咯！！

陈娟 11应用生物教育B班

1 肠道微生物概述

2 肠道微生物与宿主间的相互关系 3 宿主基因型和遗传关系对肠道微生物多样 性的影响 4 肠道微生物对多糖发酵及宿主能量代谢的 影响 5 肠道微生物对宿主基因表达与脂肪贮存的 影响

一 肠道微生物概述

细胞总量几乎是人体自身细胞的10 倍

编码的基因数量至少是人体自身基 因的100倍

一 肠道微生物概述

硬壁菌门:直肠真杆菌 拟杆菌门:多形拟杆菌 变形杆菌 古生菌:嗜温产甲烷菌

一 肠道微生物概述

目前硬壁菌门（Firmicute）基因测序尚未 完成,但有资料显示,直肠真杆菌(硬壁菌门)至 少含有44种与抗性淀粉降解酶有关的基因。 硬壁菌门可能与拟杆菌相似,即降解人体所不 能降解的多糖,为人体提供能量。

一 肠道微生物概述

拟杆菌门（Bacteroidete）以多形拟杆菌为代 表,能降解一大类人体不能被消化的植物多糖(如 纤维素、半纤维素、果胶、抗性淀粉等)。人体 肠道几乎不含多糖消化酶,而多形拟杆菌能编码 64种多糖降解相关的酶,从而降解多糖,为宿主提 供额外的能量。

一 肠道微生物概述

在多糖代谢链中,古生

1. 高通量测序技术应用范围：

1) 遗传病诊断

2) 产前筛查与诊断

3) 植入前胚胎遗传学诊断

4) 肿瘤诊断与治疗

其中，前三个专业已经经过国家卫计委批准，肿瘤诊断与治疗暂未批

准。

2. 国家批准进行高通量测序服务的单位有北京的四家单位和广州的三家单位：

1） 中国医学科学院北京协和医院

2） 北京博奥医学检验所

3） 安诺优达基因科技（北京）有限公司医学检验所

4） 北京爱普益医学检验中心

广州的三家单位：

5） 深圳华大临床检验中心

6） 广州达安临床检验中心

7） 南方医科大学南方医院

具体内容如下。 2014年的最后一天，一则消息让整个基因测序行业提前进入了新年的火热气氛当中。国家卫计委医政医管局发布了关于《开展高通量基因测序技术临床应用试点工作的通知》（以下简称《试点名单通知》），公布了北广两地第一批高通量测序技术临床应用试点单位。通知中共涉及3个专业（遗传病诊断、产前筛查与诊断、植入前胚胎遗传学诊断），批准4家北京地区机构（中国医学科学院北京协和医院，北京博奥医学检验所，安诺优达基因科技（北京）有限公司医学检验所以及北京爱普益医学检验中心）以及3家广州地区机构（深圳华大临床检验中心，广州达安临床检验中心，南方医科大学南方医院）。

这一次发布，与同年3月份卫