宏基因组作为微生物研究的重要技术手段，常常面临表型信息的缺乏或分离培养的限制而难以验证、数据量过大难以分析的问题。代谢物是生命活动的终端产物，微生物作为生态系统中的重要分者会产生众多代谢物，代谢产物的不断积累也可以反过来影响微生物群落的组成，因此，代谢组数据可以作为表型信息对微生物代谢结果进行验证，也可以作为特定的环境指标帮助数据筛选。宏基因组可以同时获取物种与功能组成信息，根据分析目标的不同，关联分析可以主要分为以下4个类型：2.功能关联型：结合代谢物验证分析微生物关键代谢通。
3.互作分析型：分析特定代谢物与微生物组成之间相互作用关系。
4.特征识别型：通过机器学习识别造成表型差异的物种、功能、代谢物特征。
使用宏基因组分析筛选群落中的关键微生物是群落研究的重要方向。然而宏基因组可以识别到群落中上千个种/属水平的物种，如何进一步缩小目标物种的范围成为筛选目标物种的关键。代谢组可以提供微生物代谢产物信息，生命活动的代谢产物也可以反向影响微生物群落组成，如常见的肠道菌群产生的短链脂肪酸下降会导致肠道有害菌的增加。因此，通过代谢组中的目标代谢物与微生物进行相关性分析，可以进一步缩小目标物种的范围。1.结合已经报道的文献对目标物种的功能进行解释，阐述目标物种对表型现象的影响。2.可培养的微生物可以购买对应菌种进行体外培养实验进一步研究，或尝试对目标菌种进行分类培养。
3.暂时不可培养的微生物可以结合Binning分析对目标物种的基因组功能进行进一步挖掘。
首先，需要对宏基因组的物种进行初步筛选。常见的方法可以通过挑选高丰度物种（如群落中top30的属/种）、差异分析（如LEfSe、统计检验分析等）对宏基因组物种进行初步的筛选。其次，需要对目标代谢物进行确定。若已有目标代谢物，直接从代谢组结果中挑选目标代谢物即可；若没有目标代谢物，可以通过差异分析、KEGG富集分析、WGCNA分析等方式筛选出核心代谢物作为目标代谢物。也可以通过O2PLS模型对两个组学进行关联，通过两组间元素关联荷载图同时筛选出两个组学中重要性排名靠前的物种与代谢物。找出目标代谢物与初步的目标物种后，通过计算物种与目标代谢物之间的相关性系数与显著性，筛选出与目标代谢物高度相关的物种。一般来说，筛选|相关性系数|≥0.7，P＜0.05的物种作为最后的目标物种进行深入研究。![]()
物种筛选关联分析思路
SLC26A3缺乏促进代谢病易感转基因猪的肠屏障损伤发表期刊：International Journal of Biological Macromolecules（IF=7.7）探索代谢性疾病（如代谢综合征、肥胖和炎症性肠病）与肠道功能紊乱之间的关系。由于人体小肠样品难以获取，且小鼠模型难以准确模拟人类肠道疾病，因此该研究利用转基因巴马猪模型（TG猪）进行探究。该模型通过CRISPR/Cas9技术敲入了三个人类疾病易感基因，并在高脂高糖饮食诱导下表现出类似于人类代谢性疾病的表型，包括血糖和血脂代谢紊乱。1.使用宏基因组揭示WT与TG猪肠道微生物组成与多样性，识别菌群差异功能。2.使用肠道代谢组揭示与肠道屏障受损相关代谢物—短链脂肪酸（SCFA）的变化。
3.肠道菌群与SCFA的相关性分析筛选关键肠道菌群。
Beta多样性PCoA与NMDS结果显示，WT猪和TG猪的肠道菌群在属水平上存在显著差异，表明TG猪的肠道菌群组成发生了显著改变（图1a）。Chao1和Shannon指数分析显示，TG猪的肠道菌群多样性显著降低，说明菌群丰富度和均匀度下降（图1b）。物种组成结果显示，TG猪肠道中潜在病原菌（如Acinetobacter pittii、Escherichia coli、Salmonella enterica）的相对丰度显著增加，而潜在有益菌（如Lactobacillus johnsonii）的相对丰度显著降低（图1c，d）。肠道菌群功能分析结果显示，WT和TG猪的肠道菌群功能存在显著差异，TG猪的碳水化合物代谢、糖代谢、脂质代谢和嘌呤代谢等通路活性降低。LEfSe分析发现，TG猪肠道菌群中碳水化合物代谢、糖代谢、脂质代谢、嘌呤代谢和硫代谢等通路活性降低，而泛酸和CoA生物合成通路活性升高（图1e，f）。
TG猪肠道中乙酸、丙酸、异丁酸、丁酸、异戊酸和戊酸等 SCFA 的含量显著降低（图1g）。
有益菌Lactobacillus johnsonii与除乙酸以外的所有SCFA呈显著正相关，说明其可能参与SCFA的产生。有害菌Acinetobacter pittii与所有SCFA呈显著负相关，说明其可能抑制SCFA的产生。Escherichia coli、Pseudoalteromonas agarivorans和Salmonella enterica与大多数SCFA也呈负相关，进一步证实了有害菌与SCFA产生之间的负相关性（图1h）。文章通过关联分析，找出与代谢组测定的SCFA显著相关的微生物，帮助宏基因组巧妙的缩小了关注的微生物的范围，结合之前的文章报道与实际结果对有益菌和有害菌的功能进行进一步阐述。不知今天的案例和思路是否对你有所启发呢？基迪奥生物有着丰富的组学分析经验，让分析更快一步！后续我们将继续讲解其他三种分析类型的内容，希望大家保持关注哦~*未经许可，不得以任何方式复制或抄袭本篇文章之部分或全部内容。版权所有，侵权必究。
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