服務(wù)流程 

微基生物提供比較基因組分析：基因組序列比對、系統(tǒng)發(fā)育樹構(gòu)建、泛基因組分析、結(jié)構(gòu)變異分析、功能基因（如抗生素抗性基因、代謝相關(guān)基因）檢測等，全方位解析菌株遺傳特征。

適用場景

1.新菌株鑒定：未知菌株與已知菌株基因組比對，快速確定新菌株分類地位和獨特遺傳特征，為新菌株的資源保護、開發(fā)利用（如新型益生菌、工業(yè)菌株篩選）提供核心依據(jù)。

2.菌株進化研究：無論是探究同一物種不同生態(tài)型菌株的進化路徑，還是研究菌株在不同環(huán)境壓力下的適應(yīng)性進化，通過系統(tǒng)發(fā)育分析、遺傳變異解析等手段，清晰還原菌株進化歷史，揭示遺傳變異與環(huán)境適應(yīng)的關(guān)聯(lián)機制，為微生物進化生物學研究提供有力支撐。

3.功能基因挖掘：可定向挖掘與抗生素抗性、特殊代謝產(chǎn)物（如有機酸、酶制劑）、污染物降解等相關(guān)的功能基因，為后續(xù)研究奠定基礎(chǔ)。

結(jié)果可視化化圖表展示

一、不同生態(tài)位植物乳桿菌（Lactiplantibacillus plantarum）比較基因組分析

1.研究背景

植物乳桿菌（Lactiplantibacillus plantarum）廣泛存在于植物、乳制品、肉制品和胃腸道等環(huán)境中，具有益生功效。該研究旨在通過比較基因組分析，揭示不同生態(tài)位來源的植物乳桿菌的基因組特征差異，探索其生態(tài)適應(yīng)性機制。

2.樣本來源

分離菌株：采集324份樣品（126份泡菜、32份發(fā)酵醬、166份人類糞便），分離獲得114株植物乳桿菌，結(jié)合NCBI數(shù)據(jù)庫19株參考菌株，共133株進行比較分析。

參考菌株：從NCBI數(shù)據(jù)庫選取19株全基因組完整的植物乳桿菌參考菌株，來源涵蓋酸菜、嬰兒糞便、釀造環(huán)境、唾液、乳制品等，總計133株菌株進行分析。

3.分析內(nèi)容

全基因組測序、基因組組裝與注釋、比較基因組分析、基因型與表型關(guān)聯(lián)分析，重點探究核心基因與獨特基因分布、系統(tǒng)發(fā)育關(guān)系、碳水化合物活性酶（CAZy）家族差異等。

4.關(guān)鍵結(jié)果與可視化展示

（1）基因分布特征

133株植物乳桿菌基因組大小為2.94-3.90Mb，基因數(shù)量2767-3650個，GC含量44.08%-46.55%。其中，糞便源菌株的基因組大小與基因數(shù)量變異范圍更寬，提示其遺傳多樣性更高；參考菌株GC含量（44.08%-44.90%）整體低于分離菌株，可能與長期實驗室培養(yǎng)馴化相關(guān)。

（2）核心基因與獨特基因分布

從133株菌株中鑒定出1620個核心基因，這些基因是植物乳桿菌維持基本生命活動（如DNA復制、能量代謝、氨基酸合成）的關(guān)鍵，且核心基因數(shù)量高于其他乳酸菌（如乳球菌），解釋了其對不同生態(tài)位的強適應(yīng)性。同時，不同分離源菌株擁有豐富的獨特基因：糞便源菌株平均獨特基因數(shù)量最多，發(fā)酵醬源菌株最少，這些獨特基因與菌株適應(yīng)特定生態(tài)位（如腸道碳水化合物代謝、食品基質(zhì)降解）密切相關(guān)。

133 株植物乳桿菌核心基因與獨特基因分布

（3）系統(tǒng)發(fā)育關(guān)系

基于1620個核心基因序列構(gòu)建的系統(tǒng)發(fā)育樹顯示：133株菌株分為A、B兩大簇，A簇僅含6株菌株（糞便源與泡菜源混合），因菌株數(shù)量少未呈現(xiàn)明顯生態(tài)位聚類；B簇含127株菌株，進一步分為B-1至B-6亞簇，其中泡菜源與發(fā)酵醬源菌株聚類明顯（如8株發(fā)酵醬源菌株集中在B-1亞簇，8株泡菜源菌株集中在B-6亞簇）；糞便源菌株在B簇各亞簇中均有分布，無特定聚類模式，推測人類腸道中的植物乳桿菌可能來源于多樣化的食物（如泡菜、發(fā)酵醬），經(jīng)飲食攝入后適應(yīng)腸道環(huán)境；參考菌株根據(jù)其來源分散在不同分支，如乳制品源參考菌株與食品源分離菌株聚類，嬰兒糞便源參考菌株與成人糞便源分離菌株聚類，進一步驗證生態(tài)位對菌株進化的影響。

基于 1620 個核心基因的植物乳桿菌系統(tǒng)發(fā)育樹

（4）平均核苷酸一致性（ANI）分析

ANI是判斷菌株是否為同一物種的核心指標（通常閾值96%），研究中泡菜源菌株間ANI值普遍＞99%（如重慶泡菜源8株菌株ANI值99.23%），發(fā)酵醬源菌株間 ANI值＞99%（如黑龍江發(fā)酵醬源菌株），表明同一食品來源菌株遺傳相似度極高；泡菜源與發(fā)酵醬源菌株間ANI值98.85%-99.02%，低于同來源菌株但高于種水平閾值，提示兩者雖為同一物種，但因長期適應(yīng)不同食品基質(zhì)（植物纖維vs蛋白質(zhì)）產(chǎn)生遺傳分化；A簇6株菌株與B簇127株菌株間最大ANI值僅95.23%，接近但低于96%閾值，推測A簇菌株可能為植物乳桿菌屬內(nèi)的獨立亞種，需進一步實驗驗證。

133株植物乳桿菌ANI熱圖

（5）碳水化合物活性酶（CAZy）與碳水化合物利用關(guān)聯(lián)

對114株分離菌株的碳水化合物活性酶（CAZy）進行預測，發(fā)現(xiàn)不同分離源菌株的CAZy家族分布存在明顯差異（“F”糞便、“V”泡菜、“D”發(fā)酵醬）。例如，糞便來源菌株可能含有更多適應(yīng)腸道碳水化合物代謝的CAZy酶，發(fā)酵食品來源菌株可能富集與食品基質(zhì)降解相關(guān)的酶類，為植物乳桿菌的功能應(yīng)用場景選擇提供了直接依據(jù)。

不同來源植物乳桿菌CAZy家族基因數(shù)量統(tǒng)計

114 株植物乳桿菌碳水化合物利用熱圖

二、南極企鵝糞便來源瓊脂降解菌（Flavobacterium faecale WV33?）比較基因組分析

1.研究背景

瓊脂糖降解菌在食品工業(yè)、生物醫(yī)藥、環(huán)境治理等領(lǐng)域具有重要的應(yīng)用價值，其產(chǎn)生的瓊脂酶可用于瓊脂糖的降解與轉(zhuǎn)化。Agarolytic Flavobacterium faecale WV33T是一株具有瓊脂糖降解功能的菌株，對其進行比較基因組分析，有助于深入了解其耐藥性及瓊脂糖降解機制，為該菌株的開發(fā)利用提供科學依據(jù)。

2.樣本來源

目標菌株：F.faecale WV33?，分離自南極企鵝糞便，嚴格好氧、非運動性桿狀菌，最適生長溫度16℃，產(chǎn)橙色色素（玉米黃質(zhì)）；

參考菌株：NCBI數(shù)據(jù)庫選取26株黃桿菌屬（Flavobacterium）模式菌株，來源涵蓋淡水、海水、土壤、魚體等，總計27株菌株進行比較分析。

3.核心分析內(nèi)容

全基因組測序與組裝、基因組注釋、系統(tǒng)發(fā)育與ANI分析、功能基因驗證。

4.關(guān)鍵結(jié)果與可視化展示：

（1）基因組基本特征

F.faecale WV33?基因組為單一環(huán)狀染色體，大小4,621,116 bp，GC含量35.2%，含3984個編碼DNA序列（CDS）、18個rRNA 基因（5S/16S/23S）及67個tRNA基因，基因密度885個/Mb。COG 功能分類顯示，“碳水化合物運輸與代謝”（183個CDS，7.1%）、“氨基酸運輸與代謝”（170個 CDS，6.6%）、“細胞壁/膜/包膜生物發(fā)生”（260個CDS，10.1%）相關(guān)基因占比高，與菌株降解多糖、適應(yīng)南極極端低溫環(huán)境的功能需求相契合。

F. faecale WV33?基因組環(huán)狀圖

（2）菌株分類與親緣關(guān)系

ANI分析顯示，F. faecale WV33?與26株黃桿菌屬模式菌株的ANI值為 0.66-0.91（ANIblastall 算法），均低于96%的種水平閾值，明確其為黃桿菌屬中的獨立新物種；系統(tǒng)發(fā)育樹進一步表明，WV33?與南極企鵝糞便來源的Flavobacterium kingsejongi親緣關(guān)系最近（分支距離最短），推測兩者在極端低溫環(huán)境（南極）中共同進化，形成相似的遺傳適應(yīng)特征（如低溫適應(yīng)基因）。

27 株黃桿菌屬菌株 ANI 熱圖（ANIblastall 算法）

基于 90 個單拷貝基因的黃桿菌屬系統(tǒng)發(fā)育樹

（3）耐藥性基因分析

通過基因組注釋與ResFinder數(shù)據(jù)庫比對，未發(fā)現(xiàn)F.faecale WV33?攜帶常見高風險耐藥基因（如β-內(nèi)酰胺類、氨基糖苷類、四環(huán)素類耐藥基因），僅含1個低風險多重耐藥外排泵基因（emrB），且該基因在黃桿菌屬中普遍存在，無特殊耐藥性。這一結(jié)果表明，WV33?在食品、生物醫(yī)藥領(lǐng)域應(yīng)用時，不存在耐藥基因水平轉(zhuǎn)移的安全隱患，具備良好的應(yīng)用安全性。

（4）瓊脂糖降解機制解析

在WV33?基因組中鑒定出7個putative瓊脂酶基因（agar.3、agar.162、agar.2965、agar.3018、agar.3061、agar.3068、agar.3154），均含完整開放閱讀框與GH16家族功能結(jié)構(gòu)域（瓊脂酶核心結(jié)構(gòu)域）。RT-qPCR分析顯示，在以瓊脂為唯一碳源的培養(yǎng)基中5個瓊脂酶基因（agar.3、agar.2965、agar.3018、agar.3061、agar.3068）的表達量顯著上調(diào)，其中agar.3061表達量最高（是葡萄糖組的14倍）；基因敲除實驗進一步證實，agar.3018與 agar.3061敲除后，菌株瓊脂糖降解活性下降70%-80%，而互補菌株可恢復活性，表明這兩個基因為 WV33?瓊脂糖降解的關(guān)鍵基因，為后續(xù)基因工程改造（如提高瓊脂酶產(chǎn)量）提供明確靶點。

F.faecale WV33?瓊脂酶基因表達與功能驗證

（5）泛基因組分析

對27株黃桿菌屬菌株進行泛基因組分析，結(jié)果顯示：核心基因數(shù)量僅294個（占總基因簇的0.5%），隨菌株數(shù)量增加核心基因數(shù)量快速下降并趨于穩(wěn)定，表明黃桿菌屬菌株間核心功能基因較少，遺傳差異較大；泛基因組基因數(shù)量隨菌株數(shù)量增加持續(xù)上升，無平臺期，表明黃桿菌屬為“開放泛基因組”，菌株間存在廣泛的基因獲得與丟失，可能通過水平基因轉(zhuǎn)移、噬菌體整合等方式獲取新基因，以適應(yīng)不同生態(tài)環(huán)境；WV33?含2369個特有基因，其中包括4個瓊脂酶基因與3個次級代謝產(chǎn)物基因簇，進一步體現(xiàn)其獨特的功能潛力。

27株黃桿菌屬菌株泛基因組與核心基因組分析

菌株比較基因組分析，首發(fā)于微基生物。

擴增子測序是指利用二代高通量測序、三代高通量測序等平臺對土壤、水體、糞便、腸道內(nèi)容物、唾液、皮膚等樣本中的16S rRNA基因/18S rRNA基因/ITS/功能基因等進行檢測，檢測樣本中微生物的種類和相對豐度。

檢測項目：

• 16S rRNA基因測序: 16S rRNA基因為編碼原核生物核糖體小亞基rRNA的DNA序列，主要進行細菌或古菌的多樣性分析。
• 18S rRNA基因測序: 18S rDNA為編碼真核生物核糖體小亞基rRNA的DNA序列，反映樣品中真核生物之間的種類差異。
• ITS測序: 該類測序主要對環(huán)境微生物中的真菌多樣性進行分析。
• 功能基因測序:根據(jù)客戶的需求，對碳循環(huán)、氮循環(huán)等過程中起重要作用的功能基因進行測序。

檢測平臺：

• 二代高通量平臺：Illumina、Ion PGM；
• 三代高通量平臺：PacBio；
• 絕對定量：Real-Time PCR

檢測結(jié)果展示：

截止到2017年年初微基生物已完成千余項微生物多樣性分析項目，分析樣本數(shù)萬例。 研究對象涉及腸道、皮膚、生殖道、牙菌斑、粘膜、痰液、土壤、水體、發(fā)酵物、糞便等各類樣本。

擴增子測序，首發(fā)于微基生物。

擴增子測序是指利用二代高通量測序、三代高通量測序等平臺對土壤、水體、糞便、腸道內(nèi)容物、唾液、皮膚等樣本中的16S rRNA基因/18S rRNA基因/ITS/功能基因等進行檢測，檢測樣本中微生物的種類信息和相對豐度。相對豐度反映的樣本間每種微生物的相對含量，因此不能體現(xiàn)樣本中物種的真實數(shù)量和組間樣本的真實差異。qPCR絕對定量分析則是計算樣本每種微生物的拷貝數(shù)，從而實現(xiàn)絕對定量。將高通量測序（相對豐度）與qPCR絕對定量（物種總數(shù)）結(jié)合分析，增加樣品間的可比性，揭示生物量水平的種群結(jié)構(gòu)和功能改變，能反映樣本中物種的真實數(shù)量和組間樣本的真實差異，是進行微生態(tài)研究的首選。

檢測項目：

· 16S rRNA基因擴增子定量檢測: 對樣本中細菌或古菌的多樣性和絕對含量進行分析。

· ITS擴增子定量檢測: 對環(huán)境樣本中真菌多樣性和絕對含量進行分析。

· 功能基因擴增子定量檢測:根據(jù)客戶的需求，對碳循環(huán)、氮循環(huán)等過程中起重要功能作用的微生物進行高通量測序和qPCR絕對定量檢測，得到物種多樣性和絕對含量分析結(jié)果。

檢測平臺：

· 二代高通量平臺：Illumina、BGI、 Ion PGM；

· 絕對定量：Real-Time PCR

文獻解讀：

標題：Quantitative microbiome profiling links gut community variation to microbial load

微生物絕對定量分析使將腸道菌群變化與微生物載量關(guān)聯(lián)

Nature (IF:40.137)

對29例克羅恩病患者和健康人的樣本進行高通量和絕對定量數(shù)據(jù)分析。同時進行流式細胞儀分析檢測，克羅恩病患者糞便樣品中的細胞數(shù)比健康對照組低3倍。在使用絕對定量數(shù)據(jù)（QMP）時，普雷沃菌屬Prevotella才在克羅恩病患者中發(fā)現(xiàn)顯著降低。與流式細胞儀分析檢測結(jié)果一致。

克羅恩病的定量微生物組改變

相對定量和絕對定量微生物組分析

Vandeputte D, Kathagen G, D’hoe K, Vieira-Silva S, Valles-Colomer M, Sabino J, Wang J, Tito RY, De Commer L, Darzi Y, Vermeire S, Falony G, Raes J. Quantitative microbiome profiling links gut community variation to microbial load. Nature. 2017 Nov 23;551(7681):507-511. doi: 10.1038/nature24460. Epub 2017 Nov 15. PMID: 29143816.

擴增子定量檢測，首發(fā)于微基生物。

技術(shù)路線：

部分結(jié)果展示：

微生物的多樣性與相對豐度

eggNOG功能注釋

KEGG代謝通路

文獻解讀

標題：Distinct composition and metabolic functions of human gut microbiota are associated with cachexia in lung cancer patients

肺癌患者腸道菌群的獨特組成及代謝功能與惡病質(zhì)有關(guān)

ISME Journal (IF:9.18)

主要結(jié)果：

在31名肺癌患者中，非惡病質(zhì)與惡病質(zhì)組（n=12）患者在腸道菌群組成、宏基因組功能通路和相關(guān)血漿代謝物方面存在顯著差異。

惡病質(zhì)患者血漿中支鏈氨基酸、甲基組胺和維生素存在顯著消耗，相關(guān)腸道菌群功能通路的也存在損耗，惡病質(zhì)患者腸道菌群的脂多糖生物合成能力顯著升高。癌癥惡病質(zhì)引起的腸道菌群功能變化。非惡病質(zhì)患者中支鏈氨基酸和3-氧代草酸的富集分別與腸道普氏桿菌和加氏乳桿菌正相關(guān)。

原文鏈接： https://www.nature.com/articles/s41396-021-00998-8

參考文獻：Ni, Y., Lohinai, Z., Heshiki, Y. et al. Distinct composition and metabolic functions of human gut microbiota are associated with cachexia in lung cancer patients. ISME J (2021). https://doi.org/10.1038/s41396-021-00998-8

宏基因組，首發(fā)于微基生物。

細菌全基因組檢測，是指通過基因組測序和組裝獲得細菌全基因組序列，并對其進行結(jié)構(gòu)和功能研究的方法。全基因組測序包含微生物的全部遺傳信息，相比16S除了分類信息外還有更多的基因信息及特定環(huán)境下富集的功能基因。

檢測項目

掃描圖：細菌掃描圖（也稱為草圖）采用小片段建庫，深度測序和初步的基因組組裝策略，能夠得到待測樣本的基因組信息，性價比高，能滿足細菌基因組研究基本需求。(點擊查看詳情)

完成圖：細菌完成圖綜合利用二代三代測序技術(shù)，根據(jù)菌株具體信息進行基因組測序組裝，最終可以得到無gap的完整基因組序列。(點擊查看詳情)

差異菌株分析：通過CARD，VFDB數(shù)據(jù)庫比對分析，多位點序列分型MLST和核心基因組多位點序列分型cgMLST， 單核苷酸位點SNP分析，泛基因分析，系統(tǒng)進化分析等將菌株間的差異進行展示。(點擊查看詳情)

檢測平臺

· 二代高通量平臺：Illumina、BGI、 Ion PGM；

· 三代高通量平臺：PacBio；Nanopore

結(jié)果展示

生信分析流程圖

KEGG通路數(shù)據(jù)庫中MAPK Signaling Pathway例圖

基因組圈圖

文獻解讀

標題：Genome sequencing and analysis of Alcaligenes faecalis subsp. phenolicus MB207

糞產(chǎn)堿菌 phenolicus MB207 菌株全基因組測序和分析

Sci Rep (IF:4.122) 

主要結(jié)果：

菌株基因組圈圖

菌株中抗藥性相關(guān)的基因熱圖

基于核基因,泛基因產(chǎn)堿桿菌屬進化關(guān)系

原文鏈接:https://www.ncbi.nlm.nih.gov/pmc/articles/PMC5827749/

參考文獻:Basharat Z, Yasmin A, He T, Tong Y. Genome sequencing and analysis of Alcaligenes faecalis subsp. phenolicus MB207. Sci Rep. 2018;8(1):3616. Published 2018 Feb 26. doi:10.1038/s41598-018-21919-4

全基因組測序，首發(fā)于微基生物。