近十年來，腸道微生物組已成為生命科學研究領域的熱點，但目前大部分研究都集中在使用二代測序技術進行物種和功能的解析，宏基因組的拼接質量不高并且很難實現菌株水平的功能差異分析。
有鑒于此，中科院微生物研究所王軍課題組和動物研究所宋默識課題組合作，建立了ONT三代測序和Illumina二代測序數據混合組裝和后續(xù)分析流程。在mock community上的驗證表明，三代和二代測序數據的混合組裝從完整度、準確程度以及編碼密度方面均比單純二代或者三代測序組裝更有優(yōu)勢。
圖1 本研究的技術路線（a）,利用三代測序進行SV的深度解析，以及橫斷面/時間序列中SV的組成、動態(tài)分析，最終進行SV對代謝功能的影響判定。(b) 混合組裝能夠有效提高N50，并組裝出大量的基因組（c），其中發(fā)現更多的insertion、deletion和inversion。
圖2 腸道微生物中與SVs相關的功能研究結果。(a,b,c) SV影響基因富集結果; (d-i) SV影響單菌種內不同菌株與代謝產物以及血糖的關聯。
圖3 腸道菌群匯中與病毒和CRISPR相關的研究結果
該研究基于三代ONT序列，提高了宏基因組裝的質量、SV的發(fā)現能力，發(fā)現了大量包括插入突變和基因倒位在內的結構變異對于菌株水平上基因功能的影響，以及噬菌體、CRISPR-spacer等系統(tǒng)的深度挖掘。這項研究是課題組利用三代Nanopore測序技術解析腸道病毒組（Cao et al., Medicine in Microecology, 2020, 4:100012; Cao et al. Gut Microbes, 2021, 13），近期發(fā)表的真菌組分析方法（Lu et al, Molecular Ecology, doi:10.1111/mec.16534）和靶向RNA檢測病原微生物（Zhao et al., Advanced Science, 2021, 8, 2102593）之后，在利用三代Nanopore測序技術探索腸道微生物研究領域的新進展。這一發(fā)現，對未來更精細的精準醫(yī)學領域的發(fā)展提供了理論啟發(fā)。
(資料圖)
中國科學院微生物研究所王軍研究員、中科院動物研究所宋默識研究員為本文的共同通訊作者。中國微生物研究所助理研究員陳亮、趙娜、博士生曹佳寶、碩士研究生劉小林、助理研究員徐嘉悅為該論文的共同第一作者。該研究得到了國家重點研發(fā)計劃項目、國家自然科學基金項目、中國科學院戰(zhàn)略性先導科技專項、北京市自然科學基金項目等多項資金的資助。
文章鏈接：https://www.nature.com/articles/s41467-022-30857-9
