-
生物通官微
陪你抓住生命科技
跳动的脉搏
生物通官微
陪你抓住生命科技
跳动的脉搏
基于rpoB基因标记与全基因组鸟枪法测序的细菌群落分类分析比较研究：精度评估与定量优势解析
【字体： 大 中 小 】 时间：2025年07月05日 来源：BMC Microbiology 4
编辑推荐：
本研究针对微生物群落分析中靶向测序与全基因组测序的优劣争议，通过构建人工模拟细菌群落，系统比较了rpoB基因标记测序（metabarcoding）与全基因组鸟枪法测序（WGS）结合不同生物信息学流程（如k-mer法和Assembly-Binning法）的分类精度与定量性能。结果显示，Assembly-Binning法在物种水平分辨率（如鉴定Sphingobacterium detergens）和丰度估计准确性（Bray-Curtis差异指数降低20%）上显著优于rpoB标记法，且对宿主DNA污染（如Spodoptera frugiperda）更具鲁棒性。该成果为复杂微生物组研究提供了方法学优化路径，发表于《BMC Microbiology》。
微生物群落分析是理解生态系统动态和宿主-微生物互作的核心工具，但传统标记基因测序（如16S rRNA）的扩增偏好性和低分辨率长期困扰研究者。尽管单拷贝基因rpoB被证明可提升分类精度至种水平，其定量准确性仍受扩增效率差异的挑战。与此同时，全基因组鸟枪测序（Whole-genome shotgun sequencing, WGS）成本下降使其成为潜在替代方案，但不同生物信息学流程（如基于k-mer的Kraken2与基于组装的MetaBAT2）的性能差异尚不明确。
法国农业科学院（INRAE）的Karine Durand团队在《BMC Microbiology》发表研究，通过构建19个细菌类群的模拟群落（含昆虫DNA污染和全基因组扩增样本），首次系统比较了rpoB标记测序与WGS结合不同分析流程的优劣。关键技术包括：1）Illumina双端测序生成rpoB扩增子（435bp）和WGS数据（平均78.91百万读长）；2）使用FROGS流程处理rpoB数据，MetaSPAdes+MetaBAT2进行WGS组装分箱；3）通过平均核苷酸相似性（ANI>95%）和覆盖深度（CovDepth）评估分类与定量精度。
分类性能对比
Assembly-Binning法与rpoB标记法均实现100%精准度（零假阳性），但前者在mock5M污染样本中假阴性减少75%，且成功鉴定rpoB未能区分的4个物种（如Acidovorax kalamii）。k-mer方法（Kraken2/Bracken）则出现平均1.83个假阳性，且漏检率达41%（图1）。
定量准确性突破
基于覆盖深度的WGS量化（CovDepth）在5/6样本中Bray-Curtis差异指数显著低于rpoB（0.384 vs 0.496），Spearman相关性提升54%（图4）。值得注意的是，全基因组扩增未显著影响定量结果，为低生物量样本提供解决方案。
该研究证实WGS结合Assembly-Binning法在复杂样本中兼具高分辨率与定量可靠性，尤其适用于存在宿主污染或稀有物种检测。GTDB数据库的扩展和测序成本下降（NovaSeq X Plus约�6/Gb）将加速该方法的应用。未来需在更高多样性的自然样本中验证其性能边界，但当前成果已为微生物组研究提供了从“标记依赖”到“全基因组驱动”的范式转换证据。
生物通微信公众号
知名企业招聘
