16S rRNA扩增子测序的生物信息学分析欧宝体育官网网址

本文简要介绍了生物信息学分析的良好实践16 s rRNA欧宝体育官网网址测序通过NGS(下一代测序)。欧宝体育官网网址生物信息学管道涉及两个主要阶段:数据预处理(质量控制)和量化(包括分类学分析和预测宏基因组分析)。

图1。基于ngs的16S rRNA扩增子测序的生物信息学管道(Mataragas欧宝体育官网网址等．2018)。

表1。软件和统计测试用于管道的每个阶段(Mataragas等．2018)。

• 预处理以消除无信息的数据

去除适配器、PCR引物和低质量碱基是序列质量控制的必要步骤。有各种各样的集成工具已经被开发出来了。' Q '是Illumina平台的输出质量评分(Q10表示每10个碱基预期出现1个错误;Q20表示每100个基地预计会有1个错误…)去除低质量分数序列可以提高生物信息学分析的准确性。与霰弹枪测序相比，这在16S rRNA扩增子欧宝体育官网网址测序中更为显著。对于16S rRNA基因测序，应该设欧宝体育官网网址置一个尽可能高的质量阈值，并沿着整个长度修剪序列。

• 细菌序列的分类

在分类分类之前，细菌16S rRNA基因主要有两种聚类方法。一种是根据序列与参考数据库的相似度将其聚类为系统型，另一种是仅根据序列的相似度，使用97%的相似度阈值将序列聚类为操作分类单元(OTUs)。目前可供16S rRNA基因注释的参考数据库包括Greengenes数据库、核糖体数据库项目(RDP)、SILVA和人类微生物组项目(HMP)。

• β (β)多样性比较微生物群

β (β)多样性衡量的是不同样品的细菌群落组成的差异。在量化β多样性之前，必须将读取计数(映射到每个分类单元的读取数)归一化，以最小化样本之间的技术可变性。有两种常见的归一化程序:总数和上四分位数归一化。

β多样性的量化主要有两种方法:一种是考虑群落间进化差异的系统发育β多样性(如UniFrac)，另一种是非系统发育或基于分类的方法(如布雷-柯蒂斯差异)。一旦确定了样本之间的距离或差异，就可以在低维空间中对它们进行排序，以更好地说明它们彼此之间的密切程度。两个最常用的排序工具是主坐标分析(PCoA)和非度量多维缩放(NMDS)。

图2。NMDS和PCoA用于beta多样性的量化(Jovel等．2016)。

• 预测宏基因组分析

OTU丰度表可进一步用于推测代谢功能。了解微生物组在宿主代谢和疾病中的作用是一个过程。目前有三种强大的预测宏基因组分析(PMP)工具:PICRUSt、Tax4Fun和Piphillin。

未来的视角

16S rRNA扩增子测序欧宝体育官网网址因其具有成本效益、时间效益和信息丰富的特点而受欢迎。但它也有一些缺点。首先，16S非常适合于多患者、纵向研究，但提供的分类和功能信息有限。其次，16S rRNA基因不同区域的PCR扩增可能会产生不一致的结果，这不仅是因为其对应的侧翼保守区域的结合亲和性不同，还因为每个可变区域在类群中的分辨率不同。因此,全长16S rRNA测序欧宝体育官网网址或猎枪宏基因组有时可能更有利，特别是后者。

引用:

1. Mataragas M, Alessandria V, Ferrocino I，等．整合预测宏基因组分析的生物信息学管道，用于分析源自食品的16S rDNA/rRNA测序数据。欧宝体育官网网址食品微生物学, 2018年。
2. 杨波，王燕，钱培云。16S rRNA基因高变区在系统发育分析中的敏感性和相关性。BMC生物信息学岩石力学与工程学报，2016,17(1):135。
3. 王伟，王伟。等．使用16S或霰弹枪宏基因组学对肠道微生物组的特性分析。微生物学前沿， 2016, 7: 459。