菌群多样性研究之微生物菌群概述和研究方法
学术
科学
2024-10-09 08:47
上海
定义微生物菌群是特定环境中存在的微生物的集合，这些微生物包括细菌、古细菌、低等或高等真核生物和病毒。它们在各种生态系统中起着至关重要的作用，如土壤、水体、植被表面、动植物体内等。
菌群研究目的：
A、 特定环境中的物种及其分布状况
在特定环境中，微生物菌群的物种组成和分布状况受多种因素影响，包括环境因子、生物相互作用等。具体情况可能因环境类型和研究对象而异。B、 菌群与环境间的关联
环境因子影响：pH值、温度、湿度等环境因子会影响菌群的组成和丰度。共生关系：菌群与宿主或其他微生物之间的共生关系也会影响其在环境中的分布。C、 菌群的功能
D、 不同组别间有哪些物种存在差异
优势菌群：在某些样本中丰度较高的物种可能是引发样本间差异的重要因素。潜在致病菌：某些致病菌的存在可能导致样本间差异，尤其在不同健康状态的样本中。
2、微生物菌群研究方法
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以下是这些技术在微生物多样性研究中的作用：
a 实时荧光定量PCR (qPCR)：
用于定量分析特定微生物的丰度。通过特异性引物和荧光探针，能够在实时PCR反应中监测目标DNA片段的扩增情况，精确测定样品中特定微生物的数量。b PCR-DGGE (变性梯度凝胶电泳)：
用于分析微生物群落的多样性。不同DNA片段在变性梯度凝胶中的迁移率不同，可以根据带型的多样性和强度来评估样品中微生物的多样性和结构。c 克隆文库：
用于克隆和测序特定的微生物基因片段。通过构建克隆文库，可以详细研究特定基因在微生物群落中的分布和多样性，并为后续的功能研究提供基础。d 高通量测序：
包括微生物扩增子测序（如16S rRNA基因、ITS和18S rRNA基因）和宏基因组测序。微生物扩增子测序：通过测序微生物群落中特定标记基因（如16S rRNA基因），可以高通量、低成本地分析环境样品中微生物的分类组成和多样性。宏基因组测序：对环境样品中的全部微生物DNA进行测序，能够全面解析微生物群落的功能基因和代谢潜力，揭示其生态功能和相互关系。2.1 扩增子测序
扩增子测序是一种通过扩增特定基因或区域的DNA序列来研究微生物群落组成的方法。包含细菌16S rDNA、真菌ITS、真核生物18S rDNA及功能基因测序等扩增子测序。通过扩增子测序可以快速、高通量地获得微生物群落的组成信息，从而了解微生物的多样性和相对丰度。
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2.2 宏基因组测序
宏基因组测序是指对整个微生物群落的基因组进行测序，能够揭示微生物群落的遗传信息、功能潜力和互作关系。相比于扩增子测序，宏基因组测序提供了更全面的信息，包括未知物种和功能基因。
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3、何时选择不同的研究方法
3.1 扩增子和宏基因组比较
3.2 扩增子测序和宏基因组测序如何选择
若仅需了解样本中细菌的多样性与群落构成，且对分类水平要求较低（不要求到种），扩增子测序即可满足要求；若想获得环境样本中全部微生物（细菌、真菌和病毒）的详细基因信息，或除微生物物种层面外，还需要进一步进行功能分析，可一步到位，直接选择宏基因组测序；建议先用扩增子测序对多重复或者大样本量进行筛选，剔除离群样本后，选择结果一致性较好的样本进行宏基因组测序，由浅入深，将研究深度扩展到更精细的物种（种）和功能层面。课程《微生物菌群研究必修课：从深入理解到灵活应用》立足于帮助微生物菌群多样性和宏基因组测序研究的科研人员深入理解微生物组学研究的方案设计、分析原理，课程还提供了关键结果的解读、异常结果的处理方案等，以此来指导科研人员灵活使用结果文件或对结果文件做合理的后续加工处理。本套课程作为微生物菌群多样性和宏基因组测序研究的入门课，可以引导科研人员快速梳理结果数据，实用性强，具有很高的含金量。主要内容：
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（2）深入浅出读懂α、β多样性：理解背后原理，学会灵活使用，避免误区。
（3）异常样本的识别与处理：如何判断和找出异常样本？如何合理处理异常样本？
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