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美格基因 | 宏基因组Binning双引擎升级：3种分箱工具自由组合&GTDB数据库更新

发布时间：

2025-05-09

宏基因组Binning是将宏基因组测序或组装产生的混合DNA序列（如contigs）通过计算算法按物种分类归组的过程，其核心是通过分析序列的组成特征（如GC含量、k-mer频率）和丰度分布模式的相似性，将同源序列聚类为“Bins”，进而生成宏基因组组装基因组（MAGs）。这些MAGs能够代表环境中难以培养微生物的近乎完整基因组，为解析微生物群落多样性、挖掘新物种遗传资源、揭示功能基因（如生物合成基因簇BGCs）以及开展进化分析等研究提供基础，是环境微生物学中突破传统培养限制的关键技术手段。

自美格推出宏基因组Binning分析服务以来，凭借精准的物种聚类能力持续获得微生物研究领域专家的高度认可。为更好地应对宏基因组研究向高分辨率、高完整度发展的趋势，我们针对宏基因组Binning分析进行了分箱工具和数据库双引擎升级。下面跟随小编一起来看下具体内容吧！

升级亮点01 3种分箱工具自由组合

由于目前的分箱工具各有优缺点，通常可以结合使用，以便获得更好的分箱结果。此次升级我们在原有的分箱工具MetaBAT2中新增加了2种目前主流的分箱工具MaxBin2和CONCOCT供老师选择，默认流程是使用MetaBAT2进行分箱，老师也可以根据自己的需求选择1-3种分箱工具结合使用。

升级亮点02 GTDB数据库更新

基因组分类数据库（Genome Taxonomy Database，GTDB）是一个基于基因组数据对细菌和古菌进行标准化分类的公共资源。它通过整合全基因组测序信息与系统发育分析，重新定义了微生物的分类框架，旨在解决传统分类方法中因依赖培养或表型特征导致的不一致性问题。GTDB利用120个保守的单拷贝标记基因构建高分辨率的进化树，并结合平均核苷酸相似性（ANI）等指标，对物种进行客观界定。是目前最权威的微生物分类数据库之一。基于此数据库，我们使用其配套工具GTDB-Tk对未知基因组（即我们得到的Bins）进行分类。

GTDB数据库每年会进行一次更新，此次升级我们也将流程对应的数据库版本更新至了GTDB R220版本。此版本涵盖596,859个基因组，分为113,104个物种簇，与上一版本相比提供了更加全面的微生物分类信息。

宏基因组Binning分析的信息与后续分析方向

基于美格的宏基因组Binning分析，您可以得到分箱后的结果序列、所有Bins的质量评估结果（完整度、污染度等）、挑选较优Bins的物种注释等结果。如果老师想要进一步分析，我们同时也提供基于Binning分析结果的比较基因组分析和进化分析服务。

宏基因组Binning分析项目文章案例

通过宏基因组Binning揭示船舶压载水中多样细菌宿主及抗生素抗性组的潜在风险

文章标题：Diverse bacterial hosts and potential risk of antibiotic resistomes in ship ballast water revealed by metagenomic binning

发表期刊：Environmental Research（IF=7.7）

发表时间：2024.05.03

摘要：船舶压载水促进抗生素抗性基因（ARGs）的远距离迁移已引发广泛关注。本研究通过宏基因组学方法解析压载水中ARGs的分布特征，揭示其宿主及潜在风险。在来自11个国家和地区13艘船舶的压载水样本中，共鉴定出26类710种ARGs亚型，其中多药抗性基因占比最高。不同样本间ARGs组成差异显著，仅5%的ARGs亚型为所有样本共有。Procrustes分析表明，细菌群落对ARGs组成的塑造作用强于可移动遗传元件（MGEs）。通过分箱获得79个ARGs宿主基因组（涵盖4个门46个属），其中变形菌门占主导地位。值得注意的是，潜在人类病原菌（产碱杆菌属、分枝杆菌属、红球菌属和假单胞菌属）也被确认为ARGs宿主。30%以上的ARGs宿主基因组同时携带MGEs，显示出显著的水平基因转移潜力。风险评估显示43种ARGs亚型（占总量的6%）具有高风险，其中23种属风险等级I（含rsmA、ugd等），20种属风险等级II（含aac(6)-I、sul1等）。此外，海上贸易通道咽喉要道区域压载水的抗生素抗性风险指数显著高于其他区域。本研究为船舶压载水抗生素抗性风险评估与管理提供了科学依据。