【冰川微生物群测序】MinION便携式鸟枪法宏基因组测序

文章发于2018年9月18日

导读

特定地理环境下的微生物群—如极寒地区，其类群的分布和结构往往与环境气候变化和生物地球化学循环有着密切关系，因此也包含着特有的能够解析环境变化的响应机制的信息。想要最准确地了解微生物群的组成，最理想的情况就是能够在采集点对样本进行快速的测序分析。小巧轻便的MinION便携式测序仪可以帮助我们解决这个问题。

“

研究结果证明，纳米孔测序技术能够在偏远、极端和资源有限环境中进行精确微生物组分析。

”

冰川地理环境特征独特，因此饱含丰富的含有独特遗传信息和环境变化机制的微生物群。它就像一个存贮间，记录了不同时期生物和环境中微生物数量和结构的变化，而这些微生物群在维持冰川特性和决定融化速度方面扮演着重要角色。研究冰川中的微生物不仅仅能够研究极端环境下的生物和生态环境，对理解全球变暖的影响也十分重要。

想要最准确地了解微生物群的组成，最好能对样本进行快速的测序分析，最理想的情况就是能够在采集点就地分析。但由于传统测序仪器体积庞大难以装运、基础设施要求高、需要专业人员校准，研究人员经常需要冒着材料丢失或样本组成改变的风险，将采集的样本冷冻并储存很长一段时间，再送到中央实验室测序。

MinION便携式测序仪由于小巧轻便，可以很容易通过普通飞机行李托运，测序时通过笔记本电脑上的USB端口或IT配件MinIT为DNA或RNA测序供电，因而非常适合移动式的研究环境。

为此，英国阿伯里斯特威斯大学的Arwyn Edwards博士率先在位于斯瓦巴特群岛（地处挪威和北极之间）建立了便携式实验室，使用Oxford Nanopore的MinION研究冰川微生物组。

Edwards博士的团队着手使用宏基因组法就地研究冰尘（由岩石颗粒和微生物组成的风力堆积物）和赤雪藻华（图1）。研究所需的全部仪器被装在两个标准尺寸的飞机行李箱中运到了现场。

图1：在斯瓦巴特群岛采集来自冰尘（a）和赤雪藻华（b）的样本。图片由英国阿伯里斯特威斯大学的Arwyn Edwards博士提供。

              (a)                                             (b)

研究小组在采集样本后的36小时之内，便获得了原始测序数据。他们在使用WIMP（What’s in my pot）生物信息学工作流程分析宏基因样本中的微生物组成后，发现变形菌门为主要群落，结果与之前使用短读长技术进行研究的预测一致。而其余鉴定出的微生物大部分也都与先前的预期相符。

目前的测序方法中，16S rRNA基因测序由于结合了保守和高度可变区，能进行准确的物种区分而应用广泛。然而，通常用于这类实验的16S引物并不覆盖整个16S基因区域，以至于有些带有分类信息的区域落在被分析的扩增子之外，从而可能降低物种鉴定的分辨率。

纳米孔测序提供的长读长更适合组装重复的基因组区域，提高宏基因组物种鉴定的精度。在基于16S的研究中，纳米孔技术允许引物的设计覆盖整个16S基因甚至整个核糖体操纵子，这也使得纳米孔测序在准确分辨更多物种的表现优于传统测序平台。

Edwards博士的研究小组在近期着手评估16S纳米孔测序的效用，以了解不同生态条件对当地微生物群落的影响。他们的初步结果发现，不同生态条件下，微生物群的组成发生了显著变化。

近期，南方科技大学环境科学与工程学院的夏雨课题组，带着MinION测序仪来到了海拔4000米的青海省海北藏族自治州祁连山，进行高山冻土微生物群系的野外采样，并在野外工作站上利用纳米孔技术完成冻土微生物的测序和初步分析。点击“【南方科技大学】MinION测序仪祁连山高海拔冻土微生物群系野外调研”追踪夏雨课题组高海拔微生物群研究的动态。

参考文献：

1. Edwards, A. Nomadic nanopore sequencing of metagenomes with the MinION. Presentation (2017). 

Available at: https://nanoporetech.com/resource-centre/nomadic-nanopore-sequencing-metagenomes-minion [Accessed: 24 January 2018]

2. Edwards, A. MinION microbiome profiling: going from on-the-go to go-to? Presentation (2017) 

Available at: https://vimeo.com/250451356 [Accessed: 24 January 2018]

延伸阅读

Oxford Nanopore的产品现已接受网上订购，请打开“阅读原文”，或者浏览以下网址：https://store.nanoporetech.com/cn

如欲了解更多产品信息，请长按二维码关注我们。

媒体查询，请通过以下电邮及微信联络我们的团队:  

[e-mail]或加微信ID: NanoporeMedia或tbray91ONT (Thomas)