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環境微生態 宏轉錄組測序 宏轉錄組測序

宏轉錄組測序 生信分析 技術參數 案例解讀 常見問題 留言咨詢

       宏轉錄組測序技術(Metatranscriptomic sequencing)通過對特定時期、特定環境樣品中所有微生物群落的轉錄本進行大規模高通量測序,可以直接獲得環境中可培養和不可培養的微生物轉錄組信息。這種技術不僅具有宏基因組技術的全部優點,可以檢測環境中的活性微生物、活性轉錄本以及活性功能進行研究,還可以比較不同環境下的差異表達基因和差異功能途徑,揭示微生物在不同環境壓力下的適應機制,探索環境與微生物之間的互作機理。

適用范圍

      1. 醫藥領域:人體微生物與疾病關系的研究、分子標志和藥物靶點的篩選鑒定等;

      2. 生態領域:生物互作、微生物制劑的開發、生物代謝調控研究等;

      3. 工業領域:微生物活性物質開發、生物能源、環境污染監控與生物修復等。

美吉優勢

       擁有標準化操作實驗室和高通量測序技術平臺,實驗周期短,質量可靠。
       擁有 Illumina HiSeq 2500和 HiSeq 4000等多種高通量測序平臺。
       免費提供美吉自主研發RNA保護劑,可有效提高各類型樣本RNA穩定性。
       技術人員經驗豐富,可以根據合作伙伴要求提供宏轉錄組、多組學實驗方案、解決實驗問題、分析實驗結果。
       擁有專業的生物信息團隊和大型計算機,可以為合作伙伴提供個性化的生物信息分析服務。
       美吉生物利用各組學技術為客戶在微生物領域發表文章300+篇,其中宏組學文章10+篇,累計影響因子1000+。

實驗流程


生信分析流程圖

技術參數


送樣要求

 RNA:總量 ≥ 4 μg、濃度 ≥ 100 ng/μL、有明顯主條帶;

 cDNA:必須為雙鏈、總量 ≥ 1 μg、濃度 ≥ 20 ng/μL

平臺選擇

 Illumina PE100/125/150

推薦測序量

 5-10G

案例一:宏轉錄組分析硅藻類群資源分區

       海洋浮游植物提供全球約一半的初級生產力(硅藻提供其中的40%),并且在維持海洋生態系統的結構及功能中發揮重要作用。本文通過選取納拉干西特灣(Narragansett Bay)5個不同時期及5種不同處理條件下的海水樣本使用HiSeq2000平臺進行宏轉錄組測序,平均每個樣本測序量6G。研究篩選出兩個與生態相關的硅藻代表物種分別為Skeletonema  costatum  RCC1716、Thalassiosira rotula CCMP3096。后續通過分析環境代謝能力的明顯差異及其相關基因表達量的變化,揭示了納拉干西特灣硅藻間特異性的資源分配。這種高分辨率的方法突出了硅藻間資源利用的分子基礎,以及同時存在的硅藻類群間如何通過適應細胞生理來區分它們的生態位。


                       

圖1 五個時期樣本測序數據的物種分類學注釋


圖2 Skeletonema spp.、T.Rotula在N、P代謝途徑相關KO基因家族中的相對表達量

 

案例二:宏轉錄組測序技術揭示草魚腸道微生物具有分解生物質的能力

       大多數動物只有在胃腸道中共生菌的幫助下才能分解一些特定的植物多糖。本文通過對11個草魚腸道樣品的宏轉錄組測序,共獲得676M個reads(平均讀長77-98bp),62Gb優化數據。宏轉錄組結果表明,不同喂食方式的草魚后腸轉錄本在菌群組成、碳水化合物轉移和代謝方面有顯著差異,草魚后腸菌群參與了碳水化合物的分解和代謝,從而為草魚和微生物提供能量。

                       

圖1 宏轉錄組的物種、COG注釋及不同喂食方式的草魚腸道最主要的COGs豐度比較


案例三 具有不同相互作用的核心物種共現網絡能夠區分具有相似癥狀的多種微生物口腔疾病

       多種微生物疾病能夠危及生命,由多種微生物的存在和互作引起。口腔種植體周圍炎和牙周炎是臨床癥狀相似的、代表性的多種微生物疾病。為了建立它們之間差異的方法,我們通過從同一受試者(每個受試者n=12)中獲得的口腔種植體周圍炎和牙周炎樣本進行宏轉錄組分析,比較原位微生物物種和功能基因,為病因不明的多種微生物疾病提供了微生物互作方面的探究思路。


實驗設計:

數據分析流程圖

統計分析中所用的數據分析的概述圖

實驗結果:

1Arc-RNA豐度Heatmap圖;(B)基于rc-RNAPCoA分析

2A)每個樣本中SEED子數據庫level1功能豐度比例柱狀圖;(B)具有活性的KEGG Pathway展示;(CmRNA豐度Heatmap圖;(D)基于mRNAPCoA分析

4 具有功能活性的核心物種共現性網絡圖

參考文獻

[1] Alexander H, Jenkins B D, Rynearson T A, et al. Metatranscriptome analyses indicate resource partitioning between diatoms in the field[J]. Proceedings of the National Academy of Sciences, 2015, 112(17): E2182-E2190.

[2] Wu S, Ren Y, Peng C, et al. Metatranscriptomic discovery of plant biomass-degrading capacity from grass carp intestinal microbiomes[J]. FEMS microbiology ecology, 2015, 91(10): fiv107.

[3] Takahiko S, Takayasu W, Hirokazu K, et al. Distinct interacting core taxa in co-occurrence networks enable discrimination of polymicrobial oral diseases with similar symptoms:[J]. Sci Rep, 2016, 6:30997.

 



(1)宏轉錄組測序取樣有哪些注意事項?

       一定要注意避免RNA酶的污染,取樣的所需耗材和器具等都需要RNAase-free處理,樣品液氮速凍,干冰寄送,避免反復凍融。


(2)低溫運輸樣品RNA也易降解怎么辦?

       美吉免費提供自主研發RNA保護劑,可有效提高各類型樣本RNA穩定性。

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