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centrifuge软件以及数据库

基于鸟枪法(Shotgun Sequencing)的高通量测序已经走过 10 多年,在宏基因组领域的应用也超过 10 年,在这 10 多年里,基于二代测序高通量的特性,在宏基因组,16S 测序中已经取得了非常大的进展。然而,二代测序读长短、建库周期长、无法实时测序等技术特点,依然限制了宏基因组数据分析的发展。尤其是读长短,只有不到 2X300bp,比对唯一性差,会造成一对多的比对,并且短读长无法得到好的拼接效果,无法直接从宏基因组中拼接出完整细菌基因组等。而这些技术缺点,通过新一代的纳米孔测序可以很好的解决,纳米孔诸多的优点为宏基因组研究带来了新的突破,下面我们来总结一下 nanopore 测序技术在宏基因组中的应用。

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二代测序宏基因组拼接

基因组拼接一直是整个基因组数据分析中最重要和最核心的工作,因为基因组包含了一个物种全部的遗传信息。得到的基因组越完整,包含的基因组信息也越多,对于后续对整个基因组的功能分析,变异检测都有非常大的帮助。由于基因组本身具有的高度重复序列,多倍体杂合位点,低复杂度区域以及测序错误等诸多条件的影响,基因组拼接一直是一项非常复杂且困难的工作。尤其是基因组重复序列的影响,一直是二代短读长测序最难解决的问题,尽管后来基于二代测序数据开发除了一些辅助拼接方案,例如大片段文库,Optical mapping光学图谱,三位基因组等辅助方案,都无法彻底解决基因组拼接难题。而利用 nanopore 长度长测序,将革命性地解决重复序列对于基因组拼接的影响。

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9000字的扩增子背景长文,值得收藏。

大家好,我叫刘永鑫,来自中国科学院遗传与发育生物学研究所,今天很高兴有这次机会为大家来讲扩增子分析系列课程。我本科学习的是微生物学专业,之后又获得了生物信息学博士学位,在短暂的两年博士后科研工作后,留所任工程师,主要负责宏基因组学的数据分析。在过去的两年工作里,主要参与并发表的文章有10余篇,累积影响因子150多分,其中包括一篇Science和两篇Nature Biotechnology。同时还是宏基因组公众号的创始人,在两年多的时间里,分享了400多篇原创文章,写作量超过200万字,阅读量超过1000多万次。我们接下来让大家一次对自己的研究方向,姓名和单位进行简单自我介绍,方便大家的沟通。 很感谢大家对自己基本情况和研究方向的介绍,这对于我下面课程中和重点的突出很在帮助,也希望同行互相认识,多交流和互相帮助。下面我们开始今天的课程,本次为第2天的第1节课,主要介绍扩增子分析的背景知识,右边这个图是来自2016年一篇Nature Protocol的文章,对微生物组近10年的发展进行了总结,我们可以看到从2010年到2016年我们开始对哪些环境对象进行探索,包括极端环境、植物叶片、白蚁、人类肠道、海洋、永久冻土、以及土壤沉积物的研究,这个领域扩展到了我们所能探索的所有地方。

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内蒙古农大孙志宏教授证实超深度混合宏基因组测序能够对人类肠道微生物组中的低丰度物种进行基因组和功能表征

人类肠道微生物群中已经发现了大量微生物基因组,但由于目前大多数研究中使用的测序深度相对较浅,在个体水平上了解低丰度物种的作用仍具有挑战。为了提高基因组的组装性能,本研究采用了Illumina HiSeq与Pacbio混合、超深度宏基因组测序的方法,从12份粪便样品中重建了宏基因组组装基因组。该方法结合了第二代测序以及第三代测序,提高了肠道中低丰度微生物的测序覆盖率。我们共还原了44个Mb级别scaffolds以及4个完整的环状基因组 (CMAG),代表了对应物种下的首个环状基因组。此外,从所有样品中共组装出475个高质量的基因组,其中234个为未培养微生物的基因组,并且有24个不存在于任何一个公共数据库中。值得注意的是,有287个和77个基因组分别为每个个体的低丰度和超低丰度的肠道物种。同时,我们的研究结果揭示了个体特异性的基因组特征,包括微生物基因组生长速率、选择压力以及染色体可移动遗传元件的频率。最终,从宏基因组数据中鉴定出数千个染色体外的可移动遗传元件,包括5097个噬菌体和79个新的质粒基因组。总的来说,本研究方法为从个体水平上对人类肠道微生物群进行更加全面的基因组分析和功能表征迈出了重要的一步。

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