第二十期菌群多样性培训讲义版-day1-02.精准解码微生物组

精 微生物组大数据派森诺生 代码

：4009-202-： 市徐汇区银都路2182(Microbiome无处不在(Blaseretal.,2016,2017-12-

派森诺生 微生 组研究进2017-12-

派森诺生 微生物组时2017-12-

(WhiteIIIetal.,2016,Nature派森诺生 微生物组研微生物组研究如火如派森诺生2017-12-6 微生物组研究如火如2017-12-

派森诺生 2016:微生物组研究再掀热(Young,2017,2017-12-

派森诺生 微生物组功能众口 土呼吸 水

消化 极皮2017-12-

发派森诺生 (Human(Marsland&Gollwitzer,2014,NatureReviews (Thaissetal.,2016,2017-12-

派森诺生 口腔微生物(Sampaio-Maiaetal.,2016,AdvancesinApplied (Welchetal.,2016,2017-12-

派森诺生 肠道菌(Gut>1千克微生 组所编 (Qinetal.,2010,Nature;Young,2017,2017-12-

派森诺生 肠道菌群 紧密联系、相互作2017-12-

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肠道微生态影 健康的已知机2017-12-

(Wang&Jia,2016,NatureReviews派森诺生 真菌群落 2017-12-

(Iliev&Leonardi,2017,NatureReviews派森诺生 自身微生物组超级生物2017-12-

派森诺生 环境微生物2017-12-

(Moran,2015,Science;Bulgarellietal.,2013,AnnualReviewofPlant派森诺生 海洋微生物组和生物化学循2017-12-

(Hutchins&Fu,2017,Nature派森诺生 海洋微生物的物种和功能多样2017-12-

(Moran,2015,派森诺生 海洋微生物组研究进2017-12-

(Sunagawaetal.,2015,派森诺生 海洋微生物组研究进2017-12-

(Sunagawaetal.,2015,派森诺生 植物-土壤生态系统中的微生物2017-12-

(Serna-Chavezetal.,2013,GlobalEcology&Biogeography;Fierer,2017,NatureReviews派森诺生 植物-土壤生态系统中的微生物2017-12-

(Mulleretal.,2016,AnnualReviewof派森诺生 植物-土壤生态系统中的微生物2017-12-

(Hacquardetal.,2015,CellHost&Microbe;Fierer,2017,NatureReviews派森诺生 植物-土壤生态系统中的微生物2017-12-

(Fierer,2017,NatureReviewsMicrobiology;Mulleretal.,2016,AnnualReviewof派森诺生 植物-土壤生态系统中的微生物2017-12-

(Philippotetal.,2013,NatureReviews派森诺生 植物-土壤生态系统的调2017-12-

(Philippotetal.,2013,NatureReviews派森诺生 水体-底泥生物膜:微生物“皮肤2017-12-

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(Fig.23.6&23.11,BrockBiologyofMicroorganisms,13thBattinetal.,2016,NatureReviews共生微生物组vs.环境微生物2017-12-

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(Hacquardetal.,2015,CellHost&共生微生物组vs.环境微生物2017-12-

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(Hacquardetal.,2015,CellHost& 2017-12-

派森诺生 (Whiteside,2015,NatureReviews2017-12-

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2017-12-

派森诺生 总体组成:不精实验和分析简单性价比高

活性表达的功能+精细组成:高分辨率提取RNA,去除rRNA,反转录项目 总体功能+精细组成:高分辨实验较复杂项目周2017-12-

派森诺生 2017-12-

(Konopka,2009,TheISMEJournal;Franzosaetal.,2014,派森诺生 实验设计:生物学重复&不 WMS:Whole-metagenomeshotgun2017-12-

(Franzosaetal.,2015,NatureReviews派森诺生 菌群研 关联因果链(Zhao,2013,NatureReviewsMicrobiology;Spanogiannopoulosetal.,2016,NatureReviewsMicrobiology;Sunagawaetal.,2015, 2017-12-

派森诺生 微生物组学大数据挖掘的基本思Alpha Beta2017-12-

Machinelearning&classicalstatistics(Lozuponeetal.,2012,派森诺生

单变量vs.多变量统计分单变量统计对单个类群的微生物逐一比统计算法简

多变量统计分对菌群整体组成的综合考统计模型复(Cummingetal.,2007,TheJournalofCell (Ramette,2007,FEMSMicrobiology2017-12-

派森诺生 常用单变量假设检验统计分析方参数检验(Parametrict检验(2组独立样本ANOVA ysisOfVAriance)方差分(多组独立样本非参数检验(Non-parametric灵敏灵敏度、精确度较Mann-Whitney-WilcoxonUrank-sumtest(MWW秩和检验，2组独立样本Kruskal-WallisHtestKW多组独立样本2017-12-

派森诺生 Linear ysis(LDA)effectKruskal-WallisHtestMann-Whitney-WilcoxonUrank-sumLinear ysis2017-12-

派森诺生 一切始于高通 Weare人 组计(Strattonetal.,2009,2017-12-

派森诺生 下一 :高通量,低成(Nextgenerationsequencing,第3代高通量第3代高通量第2代高通量(体外PCR扩增 (体内克隆扩增 ReadlengthSinglepasserrorNo.readsperTimeperCostperSangerABI0.5–3454(Roche)GS1×23IlluminaHiSeq2500(High2×8×1097–60IlluminaHiSeq2500(Rapid2×1.2×1091–6Ion8.2×2–4SOLiD2×8×6PacBioRSII:P6-Avg.10–153.5–7.5×0.5–4OxfordNanoporeAvg.2–51.1–4.7×50(Shendure&Ji,2008,NatureBiotechnology;Metzker,2010,NatureReviewsGenetics;Rhoads&Au,2015,GenomicsProteomics2017-12-

派森诺生 第2 :微生物组研究的催化2017-12-

派森诺生 3无需PCR扩增放大信读长CCS模式提高无碱碱 无系统偏实时直接识别碱基修

参 RS 平均读 ~20 8~12 150 1Reads数/SMRT ~55 ~350通量/SMRT 0.5~1 3.5~7SMRTcell 1~2017-12-

派森诺生 第3 :深入分析种水平的精细组CCS模式,显著提 全 2017-12-

(Singeretal.,2016,TheISME

派森诺生

深度下,第3 技术大大提高属、属、种等水平分类鉴定的准确性 从此告相1代+2代+3代,完善 平ABI IlluminaHiSeqX-Illumina

Illumina

PacBioRS2017-12-

PacBio (WhiteIIIetal.,2016,Nature派森诺生 WHO群落中有谁2017-12-

派森诺生 64扩增 (Amplicon细菌/古菌16S 可变真菌18S 真菌ITSInternaltranscribed(Tringe&Rubin,2005,NatureReviews2017-12-

派森诺生 细菌/古菌16S1.6(Yarzaetal.,2014,NatureReviews (Kuczynskietal.,2012,NatureReviews2017-12-

派森诺生 真菌18S 可变区/ITS内转录间隔2017-12-

派森诺生 特定功通过类群特异性引物检测菌群中特定种类/反映菌群中特定类群微生物的组成结构,发现其分布特征,阐明样本间多样性和组成差异进而揭示该类群微生物中与差异相关联的关键成员2017-12-

(Fig.24.2,24.7&24.8,BrockBiologyofMicroorganisms,13th 派森诺生 特定功42550042550011491088450252亚硝酸盐还原酶(反硝化作用425亚硝酸盐还原酶(反硝化作用32619002017-12-

派森诺生 分析流程多样性+组成+结构+2017-12-

派森诺生

2017-12-

(Bokulichetal.,2013,Nature

派森诺生 典型分析内菌群组成分布柱

热图分

物种互作关联网物种丰度组间差异小提2017-12-

RDA通往 组学研究:菌群代谢功能预PhylogeneticInvestigationofCommunitiesbyReconstructionofUnobserved(Langilleetal.,2013,NatureCurtisAssociateProf.ofComputationalBiology&DepartmentofSchoolofPublicHealth,Harvard

runner?toolid=PICRUSt

单个 预测精确度0.5~古菌0.94±n=细菌0.95±n=2017-12-

派森诺生 PICRUSt的用经费、资经费、资源有限的情况下，不失为一种选组研究,但可以看作它的“近似对于人源微生物组,预测效果

派森诺生 其它代谢功能预测方 Tax4Fun(原核 FAPROTAX原核(FunctionalAnnotationofProkaryotic FUNGuild真核通通过组成数据，解读菌群潜在的功指导后续Denovo鸟枪

派森诺生 WHAT&HOW活性代谢功能谱研2017-12-

派森诺生 78多管齐下

MEGAHITIDBA-(Wang&Jia,2016,NatureReviews2017-12-

派森诺生 功能物种双管齐2017-12-

派森诺生 典型分析内表达量差异分析MA

表达量差异分析火山

差 热图分种水平精细组成 EggNOG差异分析 KEGG代谢通路地2017-12-

派森诺生 宏转录组vs. (Franzosaetal.,2015,NatureReviews(Sorek&Cossart,2010,NatureReviews2017-12-

派森诺生 组/宏转录组的研究目关注涉及(活性表达的关注抗生素抗 毒性因子/致病菌(特定功能数据库注释)2017-12-

派森诺生 多组学整合研究(Integrated2017-12-

(Whiteside,2015,NatureReviewsUrology;Franzosaetal.,2015,NatureReviews派森诺生 关键生物标记物的互作关2017-12-

(Ju&Zhang,2015,TheISMEJournal;Pedersenetal.,2016,派森诺生

回((异质性(组成 ((一致性(代谢关键生物标记物&调控机2017-12-

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研究思路荟 vs健康组(横向疾病发生发展进程中的群体变化规律(纵向药物或饮食干预的群体试验效果(横向/纵向同一群体、不同部位生境的差异和联系(横向同一群体、不同生长发育时期的动 (纵向秉承“秉承“全微生物组 理我们不堆砌数据，而是用数 “讲故事”

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研究思路荟萃(横向/纵向同一地区、不同连作时间的土壤微生物组(关注真菌致病菌不同植物、或不同地区同种植物根际/土壤微生物组的比较(主要研究内生菌水体样品(多为海水 “讲故事