基于16S-rRNA扩增子测序结果预测微生物群落功能主题知识讲座省公共课一等奖全国赛课获奖课件.pptx

PICRUSt(基于16SrRNA扩增子测序结果预测微生物群落功效)第1页准确度和不足内容提要研究意义基本原理详细方法详细应用第2页研究意义关于微生物种类多样性研究已相当成熟，不过功效多样性研究在微生物研究领域中却是最为微弱步骤当前惯用预测功效方法：宏基因组测序+KEGG数据库功效基因微阵列(functionalgenearrays，FGAs)Whoiswhere？What they can do?第3页研究意义16SrRNA+PICRUSt(phylogeneticinvestigationofcommunitiesbyreconstructionofunobservedstates)第4页基本原理样品16SrRNA测序结果找亲缘关系最近祖先参考基因数据库依据该祖先宏基因组预测样品中除16S其它基因片段样品宏基因组参考基因数据库KEGGCOGs第5页基本原理第6页OTU1 OTU2 OTU3 OTU4 16S rRNA 16S rRNA 1 2 3 4 5 6OTU1 OTU2 OTU3 OTU4 全部基因序列糖酵解基因脱氮基因第7页详细方法16S rRNA 1 2 3 糖酵解基因脱氮基因第8页详细方法第9页详细方法l第一步：输入：OTU进化树（greengenes数据库）+每个OTU16S基因序列输出：基因表格（包含每个OTU全部基因序列；包含每个OTU功效基因计数）l第二步：输入：OTU丰度表（一个样品中每个OTU丰度值；必须经归一化处理）输出：基因表格（包含整个样品功效基因计数）l第三步：将功效基因与KEGGOrthology或COGs等数据库结合，预测群落功效第10页准确度和不足85%-90%第11页准确度和不足在某环境中相同、可供参考微生物基因记载越多，基因库越充分，PICRUSt准确度越高。第12页效果与局限碳水化合物和脂质代谢能量代谢环境信息处理（95%）遗传信息处理（99%）核苷酸和氨基酸代谢第13页准确度和不足q局限局限1.它只能对已知微生物已知功效进行功效预测，当前并不能完全代替宏基因组研究。2.在参考基因库不充分情况下，准确率不高；3.基因复制、丢失、基因水平转移，都会造成误差；第14页详细应用q大部分应用在人体肠道、人体各部位研究：Wu J等人经过PICRUSt预测了吸烟人群和未吸烟人群口腔菌群，发觉共有83个基因功效代谢通路存在显著差异，吸烟大大降低了碳水化合物和能量代谢、异型生物质降解等代谢通路含量q有一些环境领域方面研究；在多环芳烃污染土壤中微生物降解荧蒽代谢网络重建全尺寸厌氧污泥消化池中微生物代谢功效预测在芬兰西南部酸性沼泽深度剖面中微生物群落改变第15页详细应用一在多环芳烃污染土壤中微生物降解荧蒽代谢网络重建q每个阶段功效基因丰度，进而找到生物标识基因（丰度改变最大基因）阶段阶段日期日期代谢改变代谢改变生物标识基因生物标识基因1第1天荧蒽快速降解相关遗传信息处理基因：比如DNA复制、基因转录、细胞运动等2第2到5天荧蒽迟缓降解无3第9到32天已检测不到荧蒽；但据推测，这段时间在降解前期反应中间产物相关代谢基因：比如外源性生物降解、碳水化合物和脂质代谢、氨基酸代谢等（说明荧蒽降解会连续到第三阶段）第16页详细应用一在多环芳烃污染土壤中微生物降解荧蒽代谢网络重建q每个阶段功效基因丰度，进而找到生物标识基因（丰度改变最大基因）q哪些菌种功效基因对应荧蒽代谢哪些酶、起多大作用。代谢阶段代谢阶段菌属菌属代谢酶代谢酶该菌属基因对该酶该菌属基因对该酶合成贡献率合成贡献率荧蒽早期降解Mycobacterium（分支杆菌属）环双加氧酶(K11943)90%环双加氧酶(K11944)环裂解双加氧酶(K11945)(K00517)85%Diaphorobacter二氢二醇脱氢酶(K14582)83.6%-88.8%荧蒽后续降解Hyphomicrobium（生丝微菌属）醇脱氢酶(K13954)62.4%instage176.8%instage3Agrobacterium（土壤杆菌属）邻苯二酚2,3-双加氧酶(K07104)Sphingopyxis反式-羟基亚苄基丙酮酸水合酶醛缩酶（K14584）largerthan50%第17页详细应用一在多环芳烃污染土壤中微生物降解荧蒽代谢网络重建q每个阶段功效基因丰度，进而找到生物标识基因（丰度改变最大基因）q哪些菌种功效基因对应荧蒽代谢哪些酶、起多大作用。q结合GC-MS,分析出荧蒽降解代谢网络。第18页详细应用二全尺寸厌氧污泥消化池中微生物代谢功效预测第19页详细应用二第20页详细应用另一款软件第21页详细应用 在我们组内可能应用l多环芳烃降解菌l厌氧消化菌群落物种分析群落功效分析l病原菌第22页谢谢！第23页