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美格基因|宏基因组元素循环分析全新升级!!


发布时间:

2024-06-18

宏基因组元素循环分析通过深入探讨微生物如何通过其代谢过程影响碳、氮、磷、硫等元素的生物地球化学循环,提供了对生态系统功能和稳定性的全新认识。这种分析方法具有重要的研究意义,它不仅加深了人们对环境微生物群落功能的理解,而且对于指导生态系统管理、优化环境治理策略以及促进农业和工业的可持续发展具有极大的实践价值。

宏基因组元素循环分析是一种基于高通量测序技术的微生物群落分析方法,旨在全面揭示环境中微生物对元素循环的贡献和作用机制。

美格基因自2022年6月30日上线基于DiTing的宏基因组元素循环分析以来(点击查看:美格基因|宏基因组和碳氮磷硫功能基因芯片元素循环分析上线了!!),已积累颇为丰富的项目经验。

此次更新不但保留了原有的DiTing分析流程,还新增了涵盖更多元素循环功能基因的宏基因组元素循环分析新流程,提供两种分析模式供您选择,分析更多样化。

宏基因组元素循环分析

宏基因组元素循环分析通过深入探讨微生物如何通过其代谢过程影响碳、氮、磷、硫等元素的生物地球化学循环,提供了对生态系统功能和稳定性的全新认识。这种分析方法具有重要的研究意义,它不仅加深了人们对环境微生物群落功能的理解,而且对于指导生态系统管理、优化环境治理策略以及促进农业和工业的可持续发展具有极大的实践价值。

此前,我们已经上线了基于DiTing[1]的宏基因组元素循环分析,其涵盖了6个代谢循环、65个通路,547个功能基因。利用DiTing进行分析,能够从环境组学数据中获得有关微生物驱动的生物地球化学循环的丰富信息。

在此基础上,我们基于KEGG数据库,进一步整理扩展了更多功能基因,开发出新的宏基因组元素循环分析,同时保留原有的DiTing宏基因组元素循环分析流程,您可根据实际需要选择其中的一种用于元素循环分析,分析更多样化。

 

新的宏基因组元素循环分析可以进行参与元素循环的功能基因丰度堆叠图分析、代谢循环基因热图分析、物种及功能矩阵饼图分析和组间差异基因比较分析等。

接下来就一起揭开新版宏基因组元素循环分析吧。

 

一、涵盖更多的功能基因和通路

基于KEGG[2,3]数据库,扩大整理了元素循环相关的基因以及通路。通过基因与地球化学途径的对应关系,提取出参与碳、氮、磷、硫等元素循环的功能基因(涵盖6个循环、69个通路、811个功能基因)。相较于DiTing的元素循环分析,增加了4个通路和264个基因,功能基因数量增幅达到48.26%。

代谢循环(Cycle)

通路(Pathway)

功能基因(k_number)

碳固定(Carbon fixation)

13

185

中心代谢(Central metabolism)

11

153

甲烷代谢(Methane metabolism)

14

186

氮代谢(Nitrogen metabolism)

6

48

氧化磷酸化(Oxidative phosphorylation)

21

202

硫代谢(Sulfur metabolism)

4

37

二、新增组间差异基因比较分析

组间差异基因比较分析是生物信息学分析中的一个重要环节,主要用于识别在不同实验条件下或不同分组间差异显著的基因。通过差异基因比较分析,能够揭示潜在的分子机制、生物途径或作为标志物的候选基因。

图1 碳固定相关的基因相对丰度柱状图

三、分析结果展示

图2 参与氮代谢循环通路的基因丰度
图3 代谢通路功能基因热图
图4 在属水平上的碳循环代谢相关的物种/基因丰度

参考文献

[1] Xue C X, Lin H, Zhu X Y, et al. DiTing: a pipeline to infer and compare biogeochemical pathways from metagenomic and metatranscriptomic data[J]. Frontiers in Microbiology, 2021, 12: 698286.

[2] Rousk J, Bengtson P. Microbial regulation of global biogeochemical cycles[J]. Frontiers in microbiology, 2014, 5: 86415.

[3] Abatenh E, Gizaw B, Tsegaye Z, et al. Microbial function on climate change-a review[J]. Environment pollution and climate change, 2018, 2(1): 1-6.

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