微生物基因组研究：新种鉴定、进化分型和比较分析

牛祥娜
1264
2023-07-23 12:18:51
原创

今天给大家介绍，基因组测序在微生物领域的应用，干货满满！

1.判断物种是什么？即新种/未知种鉴定，相似性判断。

2.探讨基因组中有没有目标序列或基因？

3.判断样本是否有研究的潜力，如是否具有感兴趣的基因或通路。

4.多样本宏观分析，如系统进化分析、分型、溯源分析等。

5.可在基因层面对多个样本进行比较分析，进行样本间结构的比较。

科研文献：

1.判断物种是什么？即新种/未知种鉴定，相似性判断

Isolationof a novel species in the genus Cupriavidus froma patient with sepsis using whole genome sequencing

DOI:10.1371/journal.pone.0232850

主要结论：使用IlluminaMiSeq平台进行WGS，并使用TrueBac TM搜索基因组序列数据库ID-Genome系统（未发现平均核苷酸同一性值高于95.0％的菌株，这是进行物种水平鉴定的起点。系统发育分析表明，该细菌是一种新的Cupriavidus

菌种，形成了与Gilriaii菌的亚簇。

IntegratedComparative Genomic Analysis and Phenotypic Profiling of Pseudomonasaeruginosa Isolates From Crude Oil

DOI:10.3389/fmicb.2020.00519

背景介绍：

该文章之前的报告表明，基于16SrRNA分析，只有IMP67和IMP68是铜绿假单胞菌。研究表明，基于16SrRNA的系统发育树在属内水平上缺乏分辨率。使用十个管家基因进一步分析这三个菌株的系统发育位置。基于54个代表性假单胞菌属菌株的多位点序列分析，使用最大似然（ML）方法绘制系统发育树，包括51个具有完整基因组序列的染色和这三个新测序的菌株（IMP66，IMP67和IMP68），菌株IMP66，IMP67和IMP68都聚集在铜绿假单胞菌组内，并且都被鉴定为铜绿假单胞菌菌株

主要结果：通过使用PacBio和Illumina杂交方法，从原油中分离出了三种假单胞菌菌株（分别命名为IMP66，IMP67和IMP68）用于全基因组测序。系统发育分析表明，这3个菌株均为铜绿假单胞菌。

2.探讨基因组中有没有目标序列或基因？

StatisticalOptimisation of Phenol Degradation and Pathway Identification throughWhole Genome Sequencing of the Cold-Adapted AntarcticBacterium, Rhodococcus sp. Strain AQ5-07

DOI:10.3390/ijms21249363

主要结论：

使用IlluminaHiseq平台通过全基因组测序（WGS）获得菌株AQ5-07的组装的基因组草图序列（6.75Mbp）。基因组分析确定了包含catA，catB，catC，catR，pheR，pheA2和pheA1的完整基因簇。基因组包含了苯酚和邻苯二酚降解所需的完整酶系统，同时表明苯酚降解是通过β-酮己二酸途径发生的.。

3.判断样本是否有研究的潜力，如是否具有感兴趣的基因或通路。

ComparativePathogenomics of Aeromonas veronii from Pigs in SouthAfrica: Dominance of the Novel ST657 Clone

DOI:10.3390/microorganisms8122008

主要结论：

在IlluminaMiSeq平台上通过全基因组测序探索了从南非夸祖鲁-纳塔尔省的猪中回收的碳青霉烯抗性气单胞菌（

Aeromonasveronii）分离株的致病组学。此外，这些分离株携带几种毒力因子（粘附因子，毒素和免疫逃避），以不同的排列和组合，导致感染能力的差异。系统发育基因组学和元数据分析揭示了对水环境和水生动物的偏好，使得

Aeromonasveronii成为潜在的一种健康指示细菌。

Genome-WideIdentification and Functional Characterization of β-Agarasesin Vibrioastriarenae StrainHN897

DOI:10.3389/fmicb.2020.01404主要结果：从中国南方沿海海水中分离出的弧菌菌株HN897被证明具有琼脂糖分解作用，能够分解d-半乳糖。在这里，我们使用Illumina和PacBio测序来组装菌株HN897的整个基因组序列，该菌株由两个环状染色体（Vas1和Vas2）组成。在所有类型的碳水化合物活性酶类别中，糖苷水解酶（GH）是HN897基因组中最常见的。其中包括八个被确定为假定的β-琼脂糖的GH，它们以相等的比例属于GH16和GH50家族。同源性分析表明，GH16和GH50基因串联排列在两个与基因重复一致的不同染色体上。基因敲除和互补研究以及表型分析证实，GH16_16亚家族基因Vas1_1339表现出该菌株的琼脂分解表型。总的来说，这些发现解释了菌株HN897的琼脂分解，但也提供了宝贵的资源，以更详细地了解菌株HN897的进化和生理能力。

4.多样本宏观分析，如系统进化分析、分型、溯源分析等。

Phylogeneticallyinformative mutations in genes implicated in antibiotic resistancein Mycobacterium tuberculosis complex

DOI:10.1186/s13073-020-00726-5

主要结果：使用llumina技术（MiSeq，NextSeq500，HiSeq2500）对样本进行测序。为了准确地解释基因型药物敏感试验（drugsusceptibility testing，DST）的全基因组测序数据，需要全面了解结核分枝杆菌复合物（Mycobacteriumtuberculosis complex，MTBC）中与抗生素耐药相关的基因的遗传变异的关系。该作者对405个MTBC菌株进行了21种抗结核药物耐药性的92个基因的SNP检测，如下图所示分为了7个进化分支，确定基因型与表型之间的关系

5、可在基因层面对多个样本进行比较分析，进行样本间结构的比较。

Clinicallyrelevant mutations in core metabolic genes confer antibioticresistance

作者：AllisonJ. Lopatkin等期刊：Science 时间：2019.2.15影响因子：41.845DOI：10.1126/science.aba0862

主要结果：

使用IlluminaHiSeq 2500 进行基因组测序。为了评估这些代谢突变是否产生耐药性，根据其患病率和临床意义，选择了与代谢相关的基因（sucA，gltD，ushA，icd，ycgG和yidA）和经典抗性（ompF，acrD和gyrA）的代表性子集。代谢突变使MIC增加到至少一种抗生素，而且在许多情况下超过一种抗生素,在所有情况下，代谢突变体至少对抗生素的一种耐药，与相应的MIC一致水平,这表明，代谢突变可能影响表达水平和/或催化活性，而不是蛋白质结构或功能，尽管这种机制效应并不明显。总的来说，这些结果表明，这些临床相关的代谢变异确实具有耐药性。