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HiFi视野之下,发现更多微生物多样性

【字体: 时间:2020年09月02日 来源:基因有限公司

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  PacBio HiFi reads既兼顾长读长(up to 25kb)又具有高准确度(>Q20 准确率),一条read即可轻松覆盖16S全长,可以更好的实现微生物在种水平上的分类,获得更加深入更加全面的信息。

16S 测序解析微生物多样性

宏基因组,即环境中全部微小生物遗传物质的总和。通过对环境样品中的微生物群体基因组的研究,从而分析微生物多样性、种群结构、进化关系、功能活性、相互协作关系及与环境之间的关系等。在宏基因组学研究领域,16S rRNA测序是对微生物多样性分析的一个重要手段,通过对可变区进行测序,从而获得物种分类、丰度、种群结构等信息。

然而常用的基于NGS的短读长测序模式通常只是对特定可变区(eg.V3-V4)进行测序,所以在物种鉴定方面比较可靠的是分类到属水平,较少部分能分类到种水平。

并且每个细菌属中无法通过16S测序在物种水平上进行鉴定的比例会因为可变区域的选择不同而有显著差异。由于人类肠道可以容纳多种多样的细菌演化分支,所以只有全长序列(V1-V9)才能提供所有可能存在的种水平上的无偏差分辨率1。

PacBio HiFi reads 实现16S全长测序

PacBio HiFi reads既兼顾长读长(up to 25kb)又具有高准确度(>Q20 准确率),一条read即可轻松覆盖16S全长,可以更好的实现微生物在种水平上的分类,获得更加深入更加全面的信息。一张8M SMRT的芯片6小时即可完成测序,产量 up to 3.5M > Q20 reads, 测序成本媲美NGS。

 

PacBio CCS数据的准确度都在Q20以上甚至是Q30以上,即使是长达25kb的reads2。

利用PacBio HiFi reads对模拟菌群MSA-1002进行全长16S测序,预期丰度和检测丰度之间有很高的一致性,反映了HiFi reads测序技术的低背景偏差。并且对于链球菌属的 Streptococcus agalactiae 和 Streptococcus mutans 以及葡萄球菌属的 Staphylococcus aureus 和 Staphylococcus epidermidis 种间有很好的区分。

模拟菌群MSA-1003的检测结果显示,PacBio HiFi reads 进行16S测序具有优秀的重复性。

HiFi reads 解析16S 案例分享

PacBio全长16S测序提供前所未有的准确性,实现菌株水平鉴定细菌群落3

使用DADA2软件,可以从微生物群落中复原16S管家基因的所有拷贝。相同菌株的16S序列变异以整数比例出现在数据中,这反映了它们在每个基因组中的拷贝数。在某些情况下,例如Zymo模拟群落中的大肠杆菌O157:H7,这种高分辨率信息不仅可以用来明确地识别物种,而且可以明确地识别存在的菌株。

PacBio全长16S测序为复杂的环境群落样本带来更高的分辨率4

使用全长和V4 16S评估了加拿大不列颠哥伦比亚阳光海岸的Sakinaw湖的微生物多样性。全长序列提供了更完整的社区群落组成图景,准确地将微生物参与者与给定生态系统内的重要生物地化循环联系起来。

SAKINAW湖的几个优势微生物属只能通过16S全长解析。

PacBio全长16S测序为幼儿龋齿中口腔微生物群带来菌株水平的分辨率5


短读长测序技术可以区分到属级水平,很难检测到种水平的分辨率,PacBio平台可以提供种水平的分辨率,同时建立更高的丰富度估计值。

全长16S揭示了仅在种水平上可见的更多差异,得到更加全面的生物学信息。在龋齿(左)或健康牙齿(右)儿童中显著富集的阳性菌种明显不同。

参考文献

1. Johnson, J. S., et al. (2019) Evaluation of 16S rRNA gene sequencing for species and strain-level microbiome analysis. Nature Communications.
2. Foox, Jonathan, et al. "Multi-Platform Assessment of DNA Sequencing Performance using Human and Bacterial Reference Genomes in the ABRF Next-Generation Sequencing Study." bioRxiv (2020).
3. Callahan, B. J.,  et al. (2019). High-throughput amplicon sequencing of the full-length 16S rRNA gene with single-nucleotide resolution. Nucleic Acids Research.
4. Woyke T., et. al. (2016). High-resolution phylogenetic microbial community profiling . The ISME Journal .
5. Wang, Yuan et al. (2017) Profiling of oral microbiota in early childhood caries using Single-Molecule Real-Time Sequencing. Frontiers in Microbiology.

PacBio HiFi reads

为了更好的向您推送PacBio SMRT测序技术的最新进展,基因有限公司开辟了相应的企业微信账号“PacBio HiFi reads”

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基因有限公司作为PacBio公司在中国区的独家代理商,自2011年以来将PacBio第三代单分子实时测序技术引入国内,一直为国内用户提供专业的三代测序系统的安装培训,技术支持,应用培训与售后维护工作,赢得客户的一致好评与信任。基因有限公司将一如既往的支持越来越多的PacBio用户。

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