生物信息技术在宏基因组学的应用 - abc

生 物 信 息 技 术
在 宏 基 因 组 学 的 应 用
报 告 人 : 耿 爽 ( 组 长 )
成 员 : 罗 一 菁 崔 韶 潘 鑫 池
时 间 :2011 年 12 月 23 日
课 程 : 实 用 生 物 信 息 技 术

纯 培 养
超 过 99% 不 可 纯 培 养
宏 基 因 组 (Metagenome)
其 定 义 为 生 境 中 全 部 微 小 生 物 遗 传 物 质 的 总 和 ,
包 含 了 可 培 养 和 未 可 培 养 微 生 物 的 基 因 。

构 建 宏 基 因 组 文 库 流 程
提 取 环 境 样 品
总 DNA
小 于 10KB,
40KB 左 右 ,
350KB
酶 切 为 片 段
质 粒 plasmid,
质 粒 fosmid
粘 粒 cosmid,
人 工 染 色 体
BAC
连 接 入 载 体
转 入 宿 主 大 肠 杆 菌

宏 基 因 组 文 库 筛 选
功 能 筛 选
序 列 筛 选

获 取 克 隆 序 列
阳 性 克 隆 的 后 续 分 析
ORF finder
BLAST
MEGA
PDB viewer

传 统 流 程 费 时 费 力 费 钱 ,
因 为 阳 性 克 隆 比 例 太 低 。
以 潮 间 带 沉 积 物 为 样 品 构 建 文 库 , 阳 性 4/386400。
提 高 阳 性 克 隆 比 例
1, 稳 定 同 位 素 示 踪 技 术
2,BrdU 标 记 的 DNA 免 疫 捕 捉 法
3, 抑 制 性 消 减 杂 交 技 术
4, 荧 光 活 化 细 胞 分 拣

稳 定 同 位 素 探 针 技 术
1, 同 位 孵 育 把 稳 定 同 位 素 标 记 的 化 合 物 结 合 到 样 品 中 微
生 物 的 DNA 上 。
2, 等 密 度 超 速 离 心 技 术 分 离 标 记 的 重 DNA。
3, 构 建 宏 基 因 组 文 库 。
13
CH 4
森 林 土 壤 嗜 甲 烷 细 菌
重 DNA
构 建 含 2300 个 克 隆
的 文 库 ,
即 获 得 一 个 阳 性 克 隆

传 统 测 序 :
1 美 元 1 对 碱 基 。
构 建 宏 基 因 组 文 库
高 通 量 测 序 :
1000 美 元 一 个 基 因 组 。
高 通 量 测 序 并 分 析

信 息 时 代 的 摩 尔 定 律 :
每 18 个 月 翻 一 翻 。
生 物 时 代 的 类 摩 尔 定 律 :
每 9-14 个 月 翻 一 翻 。
生 物 信 息 技 术

本 地 BLAST 对 宏 基 因 组 文 库 信 息 的 分 析
构 建 宏 基 因 组 文 库
高 通 量 测 序 获 取 序 列
用 检 索 序 列 进 行 本 地 BLAST
获 取 克 隆 序 列 ORF finder BLAST MEGA

宏 基 因 组 文 库 功 能 基 因 预 测 软 件
基 因 组 功 能 基 因 预 测 软 件
核 心 思 想 是 隐 马 尔 科 夫 模 型 。
需 要 对 有 机 体 有 一 定 了 解
宏 基 因 组 功 能 基 因 预 测 软 件
加 入 动 态 规 划 算 法 、 最 大 似
然 参 数 估 计 。
对 有 机 体 未 知

宏 基 因 组 的 局 限 性 :
基 因 表 达 的 时 空 特 异 性
蛋 白 质 修 饰 作 用
DNA RNA PROTEIN
宏 基 因 组 宏 转 录 组 宏 蛋 白 质 组

宏 转 录 组
研 究 特 定 环 境 特 定 时 期 群 体 细 胞 在 某 功 能 状 态 下 转
录 的 所 有 RNA( 包 括 mRNA 和 非 编 码 RNA) 的 类 型 及 拷
贝 数 。
Poretsky 对 贫 瘠 的 北 太 平 洋 水 域 表 面 的 浮 游 细 菌
种 群 进 行 了 研 究 ,mRNA 数 据 表 明 , 该 群 体 的 微 生 物
白 天 进 行 光 合 作 用 、 氧 化 磷 酸 化 和 C1 化 合 物 的 合 成 代
谢 活 动 , 而 夜 间 则 进 行 细 胞 膜 、 氨 基 酸 和 维 生 素 等 生
物 合 成 活 动 。

宏 蛋 白 质 组
由 Paul 和 Philip 二 人 在 2004 年 首 先 提 出 , 指 在
特 定 时 间 对 微 生 物 群 落 的 所 有 蛋 白 质 组 成 进 行 大 规
模 鉴 定 。
目 前 还 没 有 通 用 的 应 用 于 环 境 样 品 蛋 白 质 提 取 的
方 法 , 特 别 是 从 土 壤 、 海 水 等 复 杂 环 境 样 品 中 提 取
总 蛋 白 还 有 很 大 困 难 。 目 前 的 蛋 白 质 分 离 技 术 仅 能
对 复 杂 环 境 样 品 中 不 到 1% 的 蛋 白 质 进 行 分 析 。

环 境 样 品
DNA
宏 基 因 组
RNA
宏 转 录 组
PROTEIN
高 通 量 测 序 高 通 量 测 序 质 谱 分 析
共 同 分 析

总 结

Q & A