宏基因组怎么分析?

文章分析思路:整体概述——物种组成——功能组成——关联/因果

文章主要结果描述:

    1. 样本、物种、功能整体内容描述

    2. 物种组成整体差异和分组具体差异

    3. 功能组成整体差异和分组具体差异

    4. 环境因子/相关研究与微生物组的关系——关联;无菌体系验证差异物种——因果;

文献实例1:人肠道微生物的肠型(宏基因组)

Ref:Arumugam, M., Raes, J., Pelletier, E., Le Paslier, D., Yamada, T., Mende, D. R., … & Bertalan, M. (2011). Enterotypes of the human gut microbiome. nature, 473(7346), 174. 

图1. 人类肠道微生物组的物种和功能组成

a. 模拟随着样品数量增加,非冗余直系同源基因分组数量增长变化趋势。完整的细菌基因组按生活环境分为已知肠道相关(红色)、非肠道相关(蓝色)物种两类。前者在35个样品时接近饱和,而非肠道物种(通常稀少和短暂的)并没有饱和。

b. 箱线图展示最高丰度的30个属。按门着色。同时角上有门水平箱线图。属和门水平丰度计算采用有参比对,85%相似度,65%覆盖度的阈值。末分类的属显示更高水平标注了星号。

c. 箱线图展示最高丰度的30个直系同源基因分组(基于eggNOG)数据库,并按其功能分类着色。

图2. 肠型的物种组成不同

a. 基于33个宏基因组属组成的主成分分析和聚类。与1511个参考基因组比对,基于85%相似度阈值。

b. 85个发表丹麦人的Illumina宏基因组数据;

c. 152个16S扩增子测序。均显示出稳健的聚类结果——肠型。IBD,肠易激综合证和肥胖用三角和五角星标出,表现出也符合肠型规律,但与主体略有差异。采用R的ade4包绘制两个主成分,每个点填充的圆代表样品。每一个簇的重心标记为长方形,并添加67%的置信椭圆。

d. 三个代表菌属的相对丰度箱线图,三种肠型的典型菌为拟杆菌属、普氏菌属和瘤胃球菌属。

f. 每种肠型主要的贡献者的共丰度网络。

图3. 肠型间的功能差异

a. 采用COG数据进行PCA分析,仍然获得同样的三种肠型结果(空圈显示不同样品)。蓝色密度图代表COG相对丰度。

b. 在肠型1中4个生物素合成途径中富集(COG0132, COG0156,COG0161和COG0502),

c. 在肠型2中富含的4个硫胺素生物合成途径 (COG0422, COG0351, COG0352和COG0611)

d. 在肠型3中血红素合成途径富集(COG0007, COG0276, COG407, COG0408, COG0716 and COG1648)

图4. 与宿主属性的相关

a. RNA聚类酶与年龄相关;

b. susD淀粉结合与BMI相关

c. 4个COG组合模型与年龄高度相关

d. 2个COG组合(ATP酶复合物与四氢嘧啶)模型与BMI高度相关

文献实例2:全球柑橘根系微生物结构和功能(16S+宏基因组)

Ref:The structure and function of the global citrus rhizosphere microbiome. Nature Communications ( IF 12.121 ) Pub Date : 2018-11-20 , DOI: 10.1038/s41467-018-07343-2 

1. 柑橘根际微生物群落的特征


a. 从16S扩增子和宏基因组两方面展示了非根际土和根际土之间的物种分布。

b.不同区域的非根际土和根际土之间的Alpha多样性。

c. PCoA图。不同区域的非根际土和根际土之间的PCoA。

2.柑桔根际核心微生物的特征


a. 维恩图。描述核心微生物从非根际土壤到根际土壤的属富集情况。

b. 物种丰度热图。在根系土壤中富集的优势微生物(细菌)主要是变形菌、放线菌、酸杆菌和拟杆菌四大门;(真菌)子囊菌门。

3.柑桔根际微生物的功能


a. unigene集

b. KOs在KEGG第二层级的注释结果

c. 根际土的Enriched KOs(C图)根际土的与非根际土KOs的Venn图

d. 根际土的Depleted KOs与非根际土KOs的Venn图

e. KOs在KEGG第三层级的注释结果(*p值< 0.05;**p值< 0.01;***p值< 0.001)

4. 柑橘根际微生物的功能富集讨论

也没有太难对吧,快开始你的宏基因组构想吧!

加油,青椒们!

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