北京生科院在宏基因组方法学研究中取得进展

2019-08-03 08:31 来源:未知

本网讯为促进学院教师深入开展科研交流,帮助青年教师尽快融入学院研究团队,在学院领导和学术骨干的牵头和组织下,生命科学学院从本学期开始举行每月一次学术沙龙活动。11月6日晚,第二次学术沙龙开讲,由学院海洋生物资源与环境团队进行科研工作汇报,并特邀中国水产科学研究院南海水产研究所王瑞旋副研究员作学术报告。学生沙龙吸引了学院众多老师参加。

基于高通量测序的宏基因组学技术,已成为研究微生物群落组成、结构及功能最主要的技术手段。宏基因组研究通常采用16S rRNA测序以获得物种谱信息,或采用全基因组随机测序WGS以得到功能基因谱信息,或两种策略同时采用。但是受测序技术和实验方法本身的限制(即短序列和小片段文库),这些研究会割裂物种谱和功能谱之间的联系。这是因为16S rRNA序列在宏基因组拼接时被视为重复序列,或被拼接到一起,或被舍弃,无法建立其与侧翼的蛋白编码基因的连接,导致16S rRNA物种谱信息与功能基因谱信息的割裂。这给环境微生物物种多样性和功能多样性的研究带来严重障碍。

活动中,马细兰副教授作《黑鲷Ghrelin的功能研究》报告,对其近十年的科研工作进行了系统的总结。报告中,马细兰介绍了Ghrelin是由20-24个氨基酸组成的小肽,随后设计了一系列实验探究其在黑鲷中的功能。通过饲料添加和体内注射等实验,发现Ghrelin的主要功能是促进鱼类摄食和生长。基于生物本身对生长和繁殖能量的分配和权衡,Ghrelin促进了生长,就很可能对繁殖有抑制作用。在验证实验中,发现确实Ghrelin抑制了雄激素的分泌。报告结束后,大家针对报告内容开展了热烈的讨论,并提出意见建议。

近来,中国科学院北京生命科学研究院赵方庆研究团队在现有宏基因组学技术的基础上,提出一种全新的宏基因组研究策略,即16S rRNA-侧翼序列环化测序及计算技术(RiboFR-Seq,ribosomal RNA gene flanking region sequencing)。通过该技术,可以同时获得16S rRNA V4/6高变区及16S rRNA上游的蛋白编码基因序列。基于此数据,能够建立起16S rRNA与宏基因组拼接序列的物理关联,校正或补充彼此注释的结果,实现准确无偏的宏基因组数据解析,进而快速、准确和全面地解析环境样品中微生物的组成和功能。

新进教师解欣斐博士汇报了大型海藻龙须菜体表附生微生物群落结构和功能特征的研究,通过采集龙须菜体表和周围水体的微生物群落,利用16 rRNA和ITS扩增子测序以及功能基因芯片GeoChip 5.0等高通量技术手段,对比分析了龙须菜体表和周围水体在微生物群落多样性、群落结构和群落功能特征等方面的差异,研究龙须菜对其附生微生物群落结构和功能特征的影响。与会老师们对解欣斐有关研究给予肯定,并对今后的科研发展提出了建设性建议。

研究人员利用该技术,进一步对人体共生微生物和海洋生物表面附生微生物群落开展了研究。从实际数据分析结果来看,RiboFR-seq方法可以实现对宏基因组中16S rRNA拷贝数的测定,从而修正了由于16S rRNA拷贝数差异导致的菌群丰度估计偏差,所得到的菌群组成更能反映环境中的真实情况。此外,利用“桥连序列”信息,对16S扩增子和全基因组测序拼接结果进行重新注释,可辅助宏基因组数据的拼接和组装。本技术首次建立了宏基因组中物种谱和功能基因谱的有效关联,为宏基因组学研究尤其是未知环境条件下微生物组的研究,提供了全新的思路和方法。

王瑞旋副研究员就自己近些年针对海洋经济动物开展的微生物组学研究作专题报告。她通过对皱纹鲍鱼等水产经济动物致病菌的筛选,发现了哈维弧菌是一种关键的致病菌,并利用二代测序、转录组和代谢组等组学分析,研究了弧菌的发病规律,构建了预测方程和模型。已知鲍鱼死亡率与pH相关,根据KEGG代谢通路和GO数据库来分析其代谢变化,并通过基因敲除等技术手段,最终绘制出细菌完成图。王瑞旋副研究员的研究工作深入细致,研究手段较为全面、新颖,受到与会老师们的好评。

该工作由赵方庆团队的博士后张延明和博士研究生冀培丰共同完成,目前已在国际学术期刊Nucleic Acids Research 在线发表。该研究得到国家自然科学基金项目的资助。

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