微生物宏基因组测序

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宏基因组学（Metagenomics），又称元基因组学，以特定生境中的整个微生物群落作为研究对象，采用新一代高通量测序技术，获得环境微生物基因信

环境样本DNA进行测序，具有通量高、速度快、信息全等特点，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，基于测序技术和生物信息学的快速发展，宏基因组技术优势在微生物研究领域中愈发明显，应用范围愈发广泛。

息总和，研究环境微生物的群落结构、物种分类、系统进化、基因功能及代谢网络等。宏基因组测序摆脱了传统研究中微生物分离培养的技术限制，直接提取

技术参数

宏基因组测序常见环境样本（请使用干冰或冰袋运送）

土壤、淤泥、沉积物≥5 g粪便≥2 g

组织样本≥1 g

水体送样为过滤后的滤膜（最适滤膜直径3-4cm）拭子样本≥2个

DNA样本（请使用干冰或冰袋运送）DNA：浓度≥50 ng/μl 总量≥2 ng

OD260/280：1.8~2.0，无 RNA、蛋白质等 杂质污染

样品要求文库类型测序策略数据量类型多样本标准分析PCA分析HeatmapCluster

Krona物种注释展示差异显著性分析OG－物种归属分析代谢通路分析

300 bp小片段文库

宏基因组测序

目的

研究藻类物种的分类，研究与特定环境与相关的代谢通路，以及通过不同样品的比较研究微生物内部，微生物与环境，与宿主的关系。

技术简介

宏基因组 ( Metagenome)(也称微生物环境基因组 Microbial Environmental Genome, 或元基因组) 。是由 Handelsman 等 1998 年提出的新名词， 其定义为\即生境中全部微小生物遗传物质的总和。它包含了可培养的和未可培养的微生物的基因， 目前主要指环境样品中的细菌和真菌的基因组总和。而所谓宏基因组学 (或元基因组学， metagenomics) 就是一种以环境样品中的微生物群体基因组为研究对象， 以功能基因筛选和/或测序分析为研究手段， 以微生物多样性、 种群结构、 进化关系、 功能活性、 相互协作关系及与环境之间的关系为研究目的的新的微生物研究方法。一般包括从环境样品中提取基因组 DNA, 进行高通量测序分析，或克隆DNA到合适的载体，导入宿主菌体，筛选目的转化子等工作。

宏基因组 ( Metagenome)(也称微生物环境基因组 Microbial Environmental Genome, 或元基因组) 。是由 Handelsman 等

人体口腔微生物宏基因组的研究进展

华西口腔医学杂志第31卷第1期2013年2月

WestChinaJournalofStomatologyVol．31No.1Feb.2013http：//

·107·

[文章编号]1000－1182（2013）01-0107-05

·综述·

人体口腔微生物宏基因组的研究进展

邓盟齐霞综述徐欣周学东审校

（口腔疾病研究国家重点实验室，四川大学，成都610041）

[摘要]

人体生态环境中共生着数量庞大的微生物群落，被誉为人体第二基因组。口腔微生物与口腔及全身的健

康和疾病有着密切的联系，新一代高通量基因芯片和第二代测序技术的涌现让人们对口腔微生物有了更全面的了解。本文就微生物宏基因组研究技术、口腔微生物宏基因组及其与口腔和全身疾病防治的最新进展进行综述。

[关键词]口腔微生物组；基因芯片；第二代测序；宏基因组

R780.2

[中图分类号][文献标志码]A[doi]10.7518/hxkq.2013.01.027

Latestprogressinunveilingtheoralmicrobialmetagenome[Abstract]

DengMeng,QiXia,XuXin,ZhouXuedong.

（S

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微生物全基因组范围内的最小基因组研究进展

微生物全基因组范围内的最小基因组研究进展

摘 要：最小基因组是当前合成生物学研究的热点，从全基因组代谢网络研究入手，介绍了最小基因组研究的必要性和技术方法，并对其在工业微生物分子育种中的应用进行分析，综合阐述了最小基因组研究的发展前景。

关键词：微生物；全基因组；最小基因组；分子育种 中图分类号：Q933；Q344+.13 文献标识码：A 文章编号：1001-3547（2013）24-0009-03 1 基因组代谢网络

如今，伴随着高通量测序技术的应用和费用的降低，全基因组测序技术也越来越受欢迎。通过基因组测序，对基因进行功能注释，把基因编码蛋白所催化的生化反应称为一个代谢网络，通过计算机转化为数学模型，再用试验数据加以验证，提出假设，能够对生物体以及生物现象作出预测，是合成生物学研究中的一个重要的研究手段[1]。 2 研究最小基因组的必要性

最小基因组是指在最合适的条件下维持细胞生长繁殖所必需的最少基因[2]，优势小基因组菌株是指含有特殊功能基因/簇的最小基因组菌株。通过对菌株基因组的减缩，可以达到如下目的：①可以

DNA关键词：

WG-BSA (全基因组重测序 BSA)

对已有参考基因组序列的物种的所有作图群体（ F1、 F2、 RIL、 DH 和 BC1等），对亲本进行个体重测序，对某个极端性状材料混池测序，检测 SNP，获得与性状紧密关联的分子标记和精细定位区域，是目前最高效的基因定位方法。通过选取某个极端性状，利用高效率低成本的混池测序技术，勿需开发分子标记进行遗传图的构建，快速定位与性状相关的候选 QTL。

MP-Reseq (多混池全基因组重测序)

针对特有的优良地方品种中的不同品种/品系，通过群体内 pooling 建库的方法，进行全基因组重测序，采用生物信息学方法全基因组范围内扫描变异位点，能快速的定位不同混池样品基因组中明显经过人工或自然选择的区域，检测与性状相关的基因区域及其功能基因。

全基因组个体重测序

基于全基因组重测序的变异图谱通过测序手段结合生物信息分析研究同一物种不同个体之间的变异情况，获得大量的变异信息，如 SNP、 Indel、 SV 等。主要可以快速地获得大量的分子标记以及不同个体在基因组水平上的差异。

全基因组关联分析-GWAS

通过重测序对动植物重要种质资源进行全基因组基因型鉴定，与关注的表型数据进行全基因组关联分

宏基因组学方法研究明永冰川的初步实验计划

起草人：李浩宇

宏基因组学研究方向及意义

研究：环境胁迫对集体遗传变异的过程和机理。 发掘：环境应激和应答基因的多态性。 探究：多态性基因的功能。

实验大体步骤：

I.环境样品的采集：

1）避免人源污染，采样的器具都要高温灭菌，采样过程中要戴手套。

2） 样品的迅速处理保存。有条件最好用液氮冷冻运输，没有条件可以将装有样品的容器至于干冰泡沫箱中。带回实验室之后要尽快处理，特别是固体样品，迅速用预冷缓冲液 (多为PBS)重悬，离心收集沉淀。分装成小份，冻存于液氮或者‐80 ℃ 冰箱中，避免反复冻融。

3）如果后续用间接法提取总DNA 的话，此处需要收集菌体，采取的策略是稀释之后的差速离心，一般适用于水样。

II.DNA提取方法的选择：

总DNA 的提取按照处理样品方式的不同划分为直接提取法和间接提取法。 直接提取法就是直接对样品进行裂解，释放其中的DNA。

间接提取法则是先分离样品中的微生物，后对微生物进行裂解。两种方法的适用范围不同，各自都有优缺点。

直接提取法的优缺点：直接提取法多用在提取固体样品(如土壤、污泥、湖泊沉积物等) 总DNA 的试验中。其最大的优点在于得率高

宏基因组学方法研究明永冰川的初步实验计划

起草人：李浩宇

宏基因组学研究方向及意义

研究：环境胁迫对集体遗传变异的过程和机理。 发掘：环境应激和应答基因的多态性。 探究：多态性基因的功能。

实验大体步骤：

I.环境样品的采集：

1）避免人源污染，采样的器具都要高温灭菌，采样过程中要戴手套。

2） 样品的迅速处理保存。有条件最好用液氮冷冻运输，没有条件可以将装有样品的容器至于干冰泡沫箱中。带回实验室之后要尽快处理，特别是固体样品，迅速用预冷缓冲液 (多为PBS)重悬，离心收集沉淀。分装成小份，冻存于液氮或者‐80 ℃ 冰箱中，避免反复冻融。

3）如果后续用间接法提取总DNA 的话，此处需要收集菌体，采取的策略是稀释之后的差速离心，一般适用于水样。

II.DNA提取方法的选择：

总DNA 的提取按照处理样品方式的不同划分为直接提取法和间接提取法。 直接提取法就是直接对样品进行裂解，释放其中的DNA。

间接提取法则是先分离样品中的微生物，后对微生物进行裂解。两种方法的适用范围不同，各自都有优缺点。

直接提取法的优缺点：直接提取法多用在提取固体样品(如土壤、污泥、湖泊沉积物等) 总DNA 的试验中。其最大的优点在于得率高

人类基因组计划

一、HGP：人类基因组计划(Human Genome Project) 二、基因组测序 三、基因组分析

四、其他基因组的测序与分析

人的基因这么少，却能行使复杂的功能的原因： 1. 一个基因对应多个产物：可变剪切和蛋白修饰 2. 垃圾基因的功能：非蛋白编码基因的重要功能

任务与进展

完成四张图：遗传图谱、物理图谱、转录图谱、序列图谱

(一) 遗传图谱（Genetic map） 1. 定义

又称连锁图谱（linkage map)或遗传连锁图谱(genetic linkage map) ，是指人类基因组内基因以及专一的多态性DNA标记(marker)相对位置的图谱，其研究经历了从经典的遗传图谱到现代遗传图谱的过程。

2. 经典的遗传图谱（以基因表型为标记） 3. 现代遗传图谱（以DNA为标记）

多态性（polymorphism）：人的DNA序列上平均每几百个碱基会出现一些变异（variation），并按照孟德尔遗传规律由亲代传给子代，从而在不同个体间表现出不同，因而被称为多态性。

? 第一代多态性标记：限制性片段长度多态性-RFLP

? 第二代多态性标记：短的串联重复序列：小卫星DNA、微卫星DNA ? 第

基因组学结课综述

宏基因组学的研究与进展

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宏基因组学的研究与进展

摘要:宏基因组学是研究生态群体基因功能和其相互作用的新科学领域以特定生态环境中微小生物遗传物质的总和作为研究对象基本研究策略是通过克隆、异源表达筛选出有用的新基因及其产物宏基因组学为生命学科和药学研究提供了一个强有力的新技术并在包括医学在内的许多领域取得了新成就本述评对宏基因组学的概念、技术和应用作了简要介绍。 关键词：宏基因组学；宏基因组学；基因组文库；序列分析技术

随着人类科学认识论和思维方式的深化，在分子生物学和分子遗传学技术方法的支撑下，顺应21世纪生命科学的发展，在基因组学的基础上诞生了一门崭新的交义学科一宏基因组学(metagenomics) 。宏基因组学的问世引起世界科学界的极大关注，发展很快，它代表了生命学科今后的研究方向。本文就宏基因组学的产生、概念、研究的基本策略和方法进行 综述。

一、 宏基因组学的产生背景

人类基因组计划(human genome project，HGP)的完成促使了基因组功能性研究计划的开展并推动从结构基因组学研究时代进入功能性基因组研究为主的后基因组时代，人体基

现代分子生物学课件

第八章 基因组与比较基因组学

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20世纪人类科技发展史上的三大创举1. 1940年代第一颗原子弹爆炸； 2. 1960年代人类首次登上月球； 3. 1990年代提出并基本完成的人类基因组计划(Human Genome Project,HGP) DNA 双螺旋结构的发现者之一、美国国家卫生研究院 (NIH)人类基因组研究所第一任所长J.D.Watson 1990年在 《Science》上撰文指出，与人类登月计划相比，HGP的资金 投入少，但它对人类生活的影响却可能更深远。

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随着这个计划的完成，DNA分子中储藏的有关人类生 存和繁衍的全部遗传信息将被破译，它将不仅帮助我们理 解人类如何作为健康人发挥正常生理功能，还将最终揭开 基因在癌症、早老性痴呆症、精神分裂症等严重危害人类 健康的疾病中的作用。

事实上，对人类自身更深入的了解是人类活动最重要 的组成部分，因为任何自然科学研究，都没有比人类尽快 找出解决自身所面临的人口膨胀、粮食短缺、环境污染、 疾病危害、能源资源匮乏、生态平衡破坏、生物物种消亡 等一系列难题更为重要、更为迫切。3

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基因及基因组研究大事记：1860至1870年 奥地利