全球人类个体微生物基因组中可移动基因的构成

发布日期：2019-03-18 浏览次数：2452

摘要

当前研究越来越强调微生物在人体健康中的重要性，而造成人体健康表型差异的原因是每个人体内的微生物种类各有不同。然而在相同物种的不同菌株中，可移动基因能够提供很明显的表型变异。人体微生物的可移动基因的功能和分布很少被了解，尤其是这些基因是否是全世界范围内同源的或者受人类群体结构约束。本文研究者们利用单细胞基因组和宏基因组测序，比较来自81个北美城市和172个斐济居民的微生物中的可移动基因。最终在北美和斐济人体微生物中发现大量的差异可移动基因，其中一些差异基因的功能变异反映了不同饮食习惯，例如在斐济人个体中发现植物淀粉降解基因的大量积累。尽管斐济相邻村庄的人体微生物组成很相似，但是研究者们同样发现了可移动基因的变异。最终发现了很高的重组率导致个体特异的可移动因子的出现，表明很多基因的富集能够反映环境的选择而不是传播的限制。总体来说，研究的数据支持人类的活动和行为能够给可移动基因的形成提供选择压力的假说，同时可移动基因的获得对特殊的人类种群开拓也具有重要意义。

材料方法

唾液样品：20%甘油收集，冷冻30分钟收藏。粪便样品：用于宏基因组测序，30分钟空洞时间收集，储存在RNALater中，-80°C冷藏。用于单细胞分析，30分钟空洞时间收集，储存在20%甘油+PBS中，-80°C冷藏。

7个个体（来自斐济人群微生物计划）用于单细胞基因组分离。单细胞分离采用两种不同单细胞扩增策略：

流式分离-单细胞扩增：20% PBS-甘油浓缩细胞（1M细胞/ml），连续通过30ul、11ul过滤膜，20s声波处理，稀释50-100倍，单细胞被分配到384-wells中的每个wells，室温碱裂解15分钟，MDA（多重置换扩增）扩增（大肠杆菌，30°C，16h）。

最初识别的单细胞：16S引物：96F+1392R扩增16S rDNA V68区。Sanger sequenced（一代测序）。

系统分类：RDP naive Bayesian rRNA classifier (v. 2.6)

DNA大片段剪切：MDA（多重置换扩增）产物。末端修复：NEB Quick Blunting Kit，纯化：QIAGEN MinElute column。片段富集：SPRI beads。文库大小：250-600bp。测序仪器：Illumina HiSeq ；总测序深度：310M reads。

水凝胶-单细胞扩增：10ul细胞（500ul，0.1%PBST），20s声波处理，35um尼龙网+5 um尼龙网过滤，稀释500-2000倍（最终30细胞/ul），室温碱裂解15分钟，MDA扩增（30°C，12h）。DNA质检：Quant-iT HS assay测序仪器：Illumina HiSeq2500 PE125bp；总测序深度：1.5M reads。文库大小；200-300bp。

单细胞基因组：序列比对：BMTagger；序列过滤：扩增产物<45bp；（human、P. aeruginosa PAO1、E. coli BL21_DE3）；序列组装：CLC Assembly Cell (v. 4.2)（流式分离细胞）、SPADES（水凝胶捕获细胞）；contig：>=500bp，组装全部基因组：100kb。

功能基因注释：COG，KEGG， TIGRFAM ，PFAM

研究结果

1、北美和斐济人的人体微生物中可移动基因的发掘.

387个美国人类微生物计划：肠道微生物参考基因组、基因组草图共获得15,585个可移动基因。