微生物全基因组测序

凭借在基因组测序领域数十年的经验，博凯森生物致力于提供准确且价格合理的微生物全基因组测序服务。我们结合了Illumina（短读）和PacBio（长读）平台，用于微生物重新测序和完整基因组 重新 测序。灵活的测序策略和专业的生物信息学管道增强了我们强大的专业知识。

微生物全基因组测序介绍

微生物和高等真核生物之间存在很大差异。除了较小的基因组外，大多数细菌都有一条圆形染色体（有时是多条染色体、线状染色体或线状和环状染色体的组合）。微生物基因组中的基因通常是一段连续的DNA，尽管细菌基因组中很少存在几种类型的内含子。细菌基因组中质粒的存在是另一个主要区别。质粒，即环状染色体外DNA，可以通过水平DNA转移进行转移，介导微生物的快速进化。病毒是一种非细胞传染性生物体，由DNA或RNA核心和蛋白质外壳组成。

微生物全基因组测序产生了大量数据，能够全面评估分离微生物的所有遗传特征。Shotgun测序策略是微生物全基因组测序的主要方法。测序步骤不需要劳动密集型的绘图和克隆，这节省了大量的时间和金钱。此外，高通量测序使我们能够同时对数百种细菌或病毒进行测序，并具有多路复用的能力。在全基因组鸟枪式测序中，整个基因组被分解成小片段进行测序，然后通过基于重叠区域的计算方法组装在一起，因此不需要参考基因组。PacBio SMRT技术使我们能够提供 细菌的 重新 全基因组测序 和 真菌的 重新 全基因组测序 生成更准确和连续的序列。

微生物全基因组测序对于精确的微生物鉴定和完整参考基因组的生成至关重要(重新 测序）、比较基因组研究（重新测序）和基因组开发。比较基因组学研究可以识别有参考基因组的人群中的个体遗传变异和大规模结构变异。因此，可以推断出进化特征和系统发育关系。微生物全基因组测序为基因发现和注释提供了可能性。在解释了多个基因之后，可能会发现对医学和生物技术有益的新的生化途径。

微生物全基因组测序的优势

• 一种省时且经济高效的方法
• 广泛的应用： 重新 测序、基因注释、比较基因组研究、微生物进化研究等。
• 药物发现和开发：评估DNA在发病机制中的作用，了解移动元件在耐药性和传播中的作用

微生物全基因组测序工作流程 博凯森生物可以为细菌、酵母、真菌、噬菌体和病毒提供集成的基因组测序服务。我们经验丰富的专主页团队在每个程序后都执行高质量的管理，以确保Illumina HiSeq和/或PacBio SMRT系统的结果充满信心和公正。微生物全基因组测序的一般工作流程概述如下。

服务规范

分析管道

博凯森生物提供完整的微生物全基因组测序服务包，包括样品标准化、文库构建、深度测序、原始数据质量控制、基因组组装和下游生物信息学分析。我们可以根据您的研究兴趣定制此管道。如果您有其他要求或问题，请随时与我们联系。

参考：

Fraser C.M。， 等微生物基因组测序。 自然, 2000, 406(6797): 799.

1.如何准备样品？

You can submit pure cultured microorganisms or extracted genomic DNA samples for microbial whole genome sequencing. For cultured microorganisms, the purified cells should be spun down in a 1.5 mL tube not containing media. We will need a minimum of 1 million cells, and the more cells you can offer, the better. For genomic DNA samples, the recommended amount for submission is 2 µg or more with a concentration of more than 20 ng/µl. The ratio of OD260/OD280 is between 1.8 and 2.0. Samples should be shipped frozen on dry ice.

Faeces samples: store the faeces samples below -80℃. Empirically, fresh faeces contribute to isolating preferable DNA.

2.使用PacBio-SMRT系统时，如何提高基因组组装的准确性？

PacBio-SMRT系统的原始读取错误率远高于其他领先测序系统的0.1%至1%的错误率，约为14%。然而，误差模型是随机的，因此在共识序列中可以实现所有碱基的高质量读取。此外，SMRT测序系统能够对GC含量高的区域进行测序，从而实现更均匀的基因组覆盖。

有三种方法可以确保基因组组装的准确性：（i）在组装之前，确保共识序列中的正确序列；（ii）利用测序数据校正序列组装的结果；（iii）利用高质量的下一代测序数据校正序列组装的结果。经过三次校正，最终序列组装的准确率可达99.99%。

3.如何实现零差距？

目前，通过结合Illumina HiSeq和PacBio SMRT系统，可以构建90%以上细菌菌株的完整序列图。其余10%的细菌菌株的完整序列图可以通过Sanger测序数据获得。

4.即使在GC含量高或低的区域以及重复序列中，也能实现完整的基因组组装吗？

Pacbio RS II系统可以克服上述挑战。博凯森生物已经无间隙地完成了数百个细菌基因组组装案例。

5.微生物全基因组测序在临床实践中有哪些优势？

全基因组测序已成为临床微生物学的常规工具。它可以减少诊断时间，改善控制和治疗。它描述并提高了我们对微生物进化、爆发和传播事件的理解。全基因组测序的常规程序通常包括多个培养和孵化步骤，然后是物种鉴定、敏感性测试和分型，这可能需要几周的时间。许多其他方法（如基于PCR的方法）既便宜又快速，但灵敏度有限。尽管全基因组测序仍然过于昂贵，但就测序平台之间的竞争而言，价格和周转时间很可能会下降。

参考：
哈斯曼H。， 等用于直接从临床样本中检测和表征微生物的快速全基因组测序。 临床微生物学杂志，2013：JCM。 02452-13.

从起泡酒厂分离的高耐醋酸白利酵母种间杂交菌株ISA1307的基因组序列

期刊：DNA研究
影响系数：5.404
出版时间：2014年6月

背景

这项工作描述了从起泡酒生产厂分离出的酵母菌株ISA1307的基因组测序和注释。这种菌株以前被认为是 白利酵母 种，是种间杂交 Z.百利 以及一个密切相关的物种。

结果

ISA1307杂交菌株

The comparison of sequences of the house-keeping genes (including RPB1,RPB2, EF1-α, and β-tublin) revealed that ISA1307 strain is an interspecies hybrid between Z. bailii and a closely related species.

2.基因组组装

流式细胞术定量显示，ISA1307的估计大小约为22.0 Mb，酿酒酵母BY4741和BY4743用作校准曲线（图1A）。对ISA1307进行了PFGE分析，观察到13条染色体带，大小范围为733至2120 Mb（图1B）。

图1。ISA1307菌株基因组大小的估计和核型分析。（A）代表性细胞分析直方图。（B）参考菌株的核型 Z.百利 ATCC58445（泳道2）和ISA1307菌株（泳道1）。

ISA1307菌株的最终重建基因组分布在154个支架上。所有支架大小的总和为21241152 bp，相当于流式细胞术估计的基因组大小的96%（表1）。

3.注释

A total of 9,925 genes are predicted to be encoded by the ISA1307 strain, including 4,385 duplicated gene and 1,155 single-copy genes. The predicted functions involve “metabolism and generation of energy”, “protein folding, modification and targeting”, and “biogenesis of cellular components”. The authors further studied the ISA1307 genes and proteins involved in the above functions.

图2:预测由ISA1307菌株基因组编码的功能类基因。

参考 等从一种起泡酒植物中分离出的高度耐乙酸的白利酵母衍生的种间杂交菌株ISA1307的基因组序列。 DNA研究, 2014, 21(3): 299-313.