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环境样品中菌群结构分析

发布日期:2018-07-27 17:34:31
  微生物群落结构研究已开展几十年,发展了很多技术和方法。最初采用纯培养的办法,但由于微生物分离培养技术本身的局限性,无法全面、客观地认识系统中的群落成员,无法及时动态跟踪系统成员种群数量变化对系统功能的影响,生产效率不仅低,而且不稳定。发展到宏基因组学(Metagenomics),以样品中的微生物群落作为整体进行研究的学科,通过分析微生物群落的总基因组DNA 的组成,能够解释微生物群落多样性、种群结构、进化关系、相互协作关系及环境之间的关系。
  传统的微生物群落宏基因组学研究方法包括:16S rRNA基因克隆文库构建、变性梯度凝胶电泳(DGGE)、荧光原位杂交(FISH) ERIC-PCR分子杂交技术不同时期微生物结构及动态变化规律。但其成本高、速度慢、通量低等不足,已不能满足环境微生物群落多样性深入分析。例如:基因克隆文库构建和检测的工作量大,从培养基上挑取克隆菌株,摇菌转化测序,效率低下。DGGE法应用于检测微生物群落结构的多态性,但是需要标准菌株,且受到凝胶电泳特性的局限,无法检测到稀有菌群的种类,因此其重复性和分辨率都不甚理想。基于Illumina Mi-Seq等第二代高通量测序平台,每次运行能产生超过7Gb的数据,测序读长2×250 bp,可完成16S不同高变区的测序。无需构建质粒克隆文库,这避免了文库构建过程中利用宿主菌对样品进行克隆而引起的系统偏差,可以直接对环境样品中的基因组片段进行测序,简化了基本操作,提高了测序效率,它能够对一个群落中微生物的多样性作更加深入和全面的描述,且具有通量高,重复性好,精确度高的优点,因而广泛应用于微生物多样性,微生物与环境的关系、环境治理和微生物资源利用等研究中。
  Illumina Mi-Seq高通量测序平台已经开始应用于环境样品微生物群落结构研究。使用Mi-Seq进行16S V6区测序,研究小鼠胃肠道微生物群落结构刊登于The ISME Journal,使用Mi-Seq和Hi-seq研究土壤,人体皮肤、粪便,犬的粪便等24个样品的微生物群落结构登于The ISME Journal。

 

生物群里中的OUT频度
 
Hiseq和Miseq对人和狗口腔、粪便、皮肤以及土壤生物宏基因组测序结果的相关性
 
参考文献
  [1] Patrick H Degnan and Howard Ochman. Illumina-based analysis of microbial community diversity. The ISME Journal, 2012, 6, 183–194.
  [2] J Gregory Caporaso, Christian L Lauber, William A Walters, et al. Ultra-high-throughput microbial community analysis on the Illumina HiSeq and MiSeq platforms. The ISME Journal, 2012, 6, 1621–1624.
 
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