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16S/ITS/不止于微生物多样性

16S/ITS/不止于微生物多样性

微生物多样性产品功能

及表型预测分析全面升级

利用16S/ITS多样性测序,可以准确知道群落的物种结构,但越来越多的研究表明,微生物的群落功能组成比物种组成与环境关系更为密切,因此我们需要借助宏基因组等研究手段来获取群落功能信息。然而现阶段宏基因组测序成本仍然很高,利用16S/ITS的测序结果进行功能预测是一个性价比非常高的方案。



针对不同数据库和marker基因,能够最大效率地利用多样性测序数据进行一定的功能分析,这是一个极具性价比的分析手段。不同软件针对不同数据库进行预测,能够在不同层面进行研究。

常用软件列表

软件

Maerker基因

支持数据库

作用

PICRUSt

16S

Greengene

KEGG功能预测

PICRUSt2

16S或ITS

不限数据库

KEGG功能预测

Tax4Fun

16S

SILVA

KEGG功能预测

FUNGuild

ITS

UNIT、ITS2

Guild预测

FAPROTAX

16S

SILVA/Greengene

生态功能预测

BugBase

16S

Greengene

表型分类


博云华康生信团队对16S/ITS微生物多样性测序报告进行了全面升级,包括功能预测以及微生物互作网络分析:

16s

ITS

PICRUSt2微生物功能预测

FAPROTAX微生物功能预测

BugBase微生物表型预测

CoNet微生物互作网络分析


PICRUSt2 (Phylogenetic Investigation of Communities by Reconstruction of Unobserved States)是一款基于标记基因序列来预测功能丰度的软件。“功能”通常指的是基因家族,如KEGG同源基因(KO)和酶分类号(EC),但可以预测其中任何一个的特性。PICRUSt2在第1版的基行了重大更新和升,如用于预测的参考基因数据库扩大了10倍以上;通路丰度的推断在依MinPath,使得预测更加格。其分析流程图如下:

❂ PICRUST2分析流程图

20190729-图片1.png


❂ PICRUST2预测微生物代谢通路丰度图


FAPROTAX是根据文献资料手动构建了联系物种分类与功能注释的数据库,基于16S的OTU分类表对微生物群落功能进行注释。FAPROTAX较适用于对环境样本的生物地球化学循环过程(特别是碳、氢、氮、磷、硫等元素循环)进行功能注释预测。因其基于已发表验证的可培养菌文献,其预测准确度较好,但相比于上述PICRUSt来说预测的覆盖度可能会降低。其分析过程如下:

❂ PICRUSt功能预测流程图 

❂  FAPROTAX预测微生物群落功能丰度图


Bugbase是2016年所提供服务的一款免费在线16S功能预测工具,到2017才发表文章公布其软件原理。该工具主要进行表型预测,其中表型类型包括革兰氏阳性(Gram Positive)、革兰氏阴性(Gram Negative)、生物膜形成(Biofilm Forming)、致病性(Pathogenic)、移动元件(Mobile Element Containing)、氧需求(Oxygen Utilizing,包括Aerobic、Anaerobic、facultatively anaerobic)及氧化胁迫耐受(Oxidative Stress Tolerant)等7类。BugBase比其他软件的一个好处就是,它不单只可以进行功能的预测,如果同时输入注释物种的tag信息,还可以针对不同表型进行统计图表展示。

❂ BugBase表型预测统计图

20190729-图片5.png


CoNet全称是Co-occurence network inference,也可以称为共现性网络分析,可用于探究微生物之间的互作关系,例如可以探究土壤微生物之间的交流模式或者探究人体微生物的共现与互斥关系。主要分析流程为:利用OTU丰度矩阵探究微生物之间的相互作用,并构建微生物互作网络,再使用可视化工具Gephi对网络进行可视化。

❂ CoNet微生物互作网络图


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