【原】微刊：三代全長16s擴增子——環(huán)境多樣性研究的明星

凌恩生物 2023-04-13 發(fā)布于陜西

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在微生物研究領(lǐng)域，PacBio三代全長的時代已經(jīng)來臨，如果你還沒用過那就太可惜了！

要問三代有什么好，那我可得說道說道。

相比于傳統(tǒng)二代Illumina平臺測序，PacBio Sequel lle 平臺獲得的序列更長，信息量更多更準(zhǔn)確！高精準(zhǔn)鑒定，使“種”水平實現(xiàn)了大幅提升；PCR擴增無GC偏好性再加上V1-V9全區(qū)域測序，使數(shù)據(jù)更準(zhǔn)確更真實的還原微生物群落結(jié)構(gòu)。

口說無憑，讓我們來看一些三代全長擴增子的優(yōu)秀案例吧~

Journal of Affective Disorders

譯名：全長16S揭示抗疫一線醫(yī)護人員之腸道菌群的失調(diào)與應(yīng)激

時間：2022-1

期刊：Journal of Affective Disorders

影響因子：6.533

DOI：10.1016/j.jad.2022.02.024

微生物-腸道-大腦軸是一個被長期的應(yīng)激源干擾而產(chǎn)生大腦和行為障礙的關(guān)鍵途徑。與新冠肺炎（COVID-19）作斗爭的一線醫(yī)護人員（FHWs）通常會經(jīng)歷壓力事件并表現(xiàn)出一些精神癥狀，腸道微生物群在這種壓力引起的精神問題中的作用仍不清楚。本研究的主要研究對象為在中國武漢隔離病房與COVID-19抗?fàn)巸蓚€月的71名一線醫(yī)護人員（FHWs）和在常規(guī)醫(yī)院治療非COVID-19感染患者的104名二線醫(yī)護人員（SHWs）通過16S rRNA全長測序研究了新冠一線抗疫的醫(yī)護人員心理壓力與腸道微生物群落之間的關(guān)系。

結(jié)論：

1、應(yīng)激事件在FHW中誘發(fā)了顯著的抑郁、焦慮和壓力，并破壞了腸道微生物組；腸道微生態(tài)失調(diào)持續(xù)了至少半年。

2、在半年的隨訪中，不同的微生物遵循不同的軌跡。與心理健康相關(guān)的微生物主要是棲糞桿菌屬和挑剔真桿菌。

3、預(yù)測模型表明，兩個月的一線工作后，某未培養(yǎng)霍氏真桿菌與高豐度的埃氏擬桿菌是FHW創(chuàng)傷后應(yīng)激癥狀再次出現(xiàn)的重要決定因素。

4、抗疫應(yīng)激會誘導(dǎo)一線醫(yī)護人員腸道微生物菌群紊亂和與其相關(guān)的創(chuàng)傷后應(yīng)激癥狀。為理解應(yīng)激性精神障礙的腸道菌群特征，以及尋找潛在干預(yù)靶點，帶來新啟示。

圖1 壓力事件會導(dǎo)致嚴重的精神癥狀，并破壞FHWs中的腸道微生物組

圖2 心理影響的縱向變化與抗疫醫(yī)護人員的腸道微生物群相關(guān)

Science of The Total Environment

經(jīng)典文獻1：

譯名：污染場地土壤中真菌主導(dǎo)微生物網(wǎng)絡(luò)的復(fù)雜性:基于全長測序的高精度群落分析

時間：2023-2

期刊：Science of The Total Environment

影響因子：10.753

DOI：10.1016/j.scitotenv.2022.160563

在過去十年中，污染場地土壤中微生物群落的表征主要通過高通量短讀長擴增子測序來完成。但由于16S rRNA和ITS基因擴增子序列的相似性，短讀長方法限制了種水平的分析。文章對鞍山和臺州的6個土壤樣本同時進行了16S、ITS全長測序，以及16S V3-V4、ITS短讀長擴增子測序，從高分辨率的角度闡明受污染土壤中不同微生物類群的群落組成和生態(tài)狀況。

結(jié)論：

1、全長 16S rRNA 基因測序為各級細菌鑒定提供了更好的分辨率，在某些樣品中的真菌鑒定上沒有顯著差異。

2、全長擴增子獲得豐富的分類單元數(shù)據(jù)，對構(gòu)建微生物共現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)至關(guān)重要，高山被孢霉、立枯病鐮刀菌、Mrakia frigida和Chaetomium homopilatum等是關(guān)鍵物種。

3、重金屬與微生物群落顯著相關(guān)，細菌群落及其豐富的類群由確定性過程組裝而成，而其他類群則以隨機性過程為主。

4、這些發(fā)現(xiàn)有助于了解污染場地土壤生態(tài)系統(tǒng)中的生態(tài)機制和微生物相互作用，并證明全長測序有可能提供微生物群落的更多細節(jié)。

圖3 污染場地土壤不同亞群落的分類和功能組成

圖4 Pacbio (P)和Illumina (I)平臺α-多樣性(a, d)和β-多樣性(b, c, e, f)的比較

圖5 環(huán)境因子與微生物群落的關(guān)系及群落聚集機制

Science of The Total Environment

經(jīng)典文獻2

譯名：食物供應(yīng)導(dǎo)致兩種野生金絲猴的腸道微生物群在功能上而非組成上趨同

時間：2023.2

期刊：Science of The Total Environment

影響因子：10.753

DOI：10.1016/j.scitotenv.2022.159957

相似飲食攝入導(dǎo)致不同系統(tǒng)發(fā)育動物腸道微生物組成和功能的趨同。考慮到腸道微生物組的功能冗余，目前尚不清楚同步是否只發(fā)生在它們的功能上，而不在組成上，此現(xiàn)象即使是在食用類似飲食的系統(tǒng)發(fā)育接近的動物中也是如此。本文章對四川省白河國家級自然保護區(qū)的川金絲猴野生種群進行半供應(yīng)試驗，供應(yīng)前后分別采集了30個和2x15個糞便樣本，通過全長16S rRNA擴增子和宏基因組測序調(diào)查由于食物供應(yīng)引起的腸道微生物群的變化。

結(jié)論：

1、結(jié)合作者之前對野生滇金絲猴的研究結(jié)果，發(fā)現(xiàn)人工食物（如蘋果、胡蘿卜和花生）會影響腸道微生物組，并且同步僅發(fā)生在其功能和抗生素抗性基因群落中，反映其生態(tài)功能冗余。

2、鑒于目前的發(fā)現(xiàn)（例如，益生菌的耗竭、腸道微生物群落的微生態(tài)失調(diào)以及抗生素耐藥性基因譜的變化），人為干擾（例如，食物供應(yīng)）將對宿主健康產(chǎn)生潛在的負面影響。因此，應(yīng)該從腸道微生物多樣性的角度重新考慮人類在動物保護方面的活動。

圖6 野生川金絲猴群體腸道微生物組成由全長16S rRNA基因序列確定

圖7 全長16S rRNA測的三組間腸道菌群相對豐度差異顯著

圖8 川金絲猴3個類群15個宏基因組的耐藥基因(ARGs)譜

參考文獻

1.Stressful events induce long-term gut microbiota dysbiosis and associated post-traumatic stress symptoms in healthcare workers fighting against COVID-19. J Affect Disord, 2022.

2.Abundant fungi dominate the complexity of microbial networks in soil of contaminated site: High-precision community analysis by full-length sequencing. Sci Total Environ, 2023.

3.Food provisioning results in functional, but not compositional, convergence of the gut microbiomes of two wild Rhinopithecus species: Evidence of functional redundancy in the gut microbiome. Sci Total Environ, 2023.