微生物組項目設計一

基於高通量測序技術，在核酸水平進行微生物組研究是目前人體健康，醫學診療，環境科學等方面研究的熱點。常用的技術方法主要包括基於擴增子測序的多樣性研究、宏基因組測序及宏轉錄組測序。

很多老師在即將開展微生物組的項目初始，都會面臨這樣或那樣問題，諸如：

問題

什麼樣的技術方法適合於我的研究？

如何才能低成本高效的實現我的研究目的？

怎麼樣的實驗設計能確保順利開展後續的分析？

如何才能讓我的實驗設計標新立異，發一個高分paper?

從這一期開始，條姐會結合凌恩的微生物項目經驗，跟大家分享下「微生物組項目設計」的那些事兒。

今天這一期，先跟大家聊一聊微生物組項目技術方法的選擇。

如上圖所示，微生物組的研究分為DNA層面和RNA層面。在DNA水平上又分為多樣性測序和宏基因組測序。那麼，這些項目該如何進行選擇呢？這就要從不同技術方法的原理和適用性上來講一講了。

首先，目前市場上價格最低的，也是文獻報道最多的方法，就是多樣性測序了。它的原理是基於微生物基因組的特徵性序列（如細菌的16s rDNA，真菌的ITS等）進行測序和分類。簡言之，就是以小見大（類似於通過指紋進行身份識別）。它的測序範圍只是通過擴增檢測微生物基因組上的一小部分，研究目的也只傾向於物種的分類識別和相對丰度統計。多樣性項目有一個特點，靶向性明確。根據引物來確定需要研究的微生物類群，一對引物只針對樣本中的細菌，或真菌，或某一類微生物群落。

與之不同的是宏基因組和宏轉錄組，由於不需要通過PCR進行特徵性序列的篩選，這兩種技術的研究範圍是樣本中的全部微生物信息。也就是說，基於宏基因組和宏轉錄組研究得到的結果，是不單獨區分細菌或者真菌的。此外，由於測序分析的範圍不僅限於特徵序列，這就有助於我們獲取真實的基因組信息，開展功能研究。

那麼，宏基因組和宏轉錄組研究的差別又在哪裡呢？我們可以看一下下邊這張統計圖：

藍色線標記的是DNA相對丰度分布，紅色線標記的是對應RNA的相對丰度分布

從這裡我們可以看出，同一個基因（或功能模塊），很可能在少量DNA存在的情況下，會有RNA的高表達（提示該基因活躍）；也存在高丰度的DNA,在RNA水平上實際表達量很低的情況（提示該基因不活躍）。此外，我們還知道，相較於DNA的高度穩定性，RNA是極容易降解的。所以在自然環境下，一些死去的微生物會有DNA殘留，而RNA是會很快降解的。這就是宏轉錄組研究的意義所在——探究環境樣本中真正具有活性的微生物和具有活性的基因及功能。

由此，我們可以看出，不同的技術方法有不同的研究側重。擴增子測序可以實現精確的定性和較好的相對定量研究，對於只要求了解微生物群落構成及不同實驗組之間微生物群落差異的老師而言，低成本快速高效的多樣性研究是不二之選。宏基因組和宏轉錄組測序則更偏向於功能研究，前者注重的是潛在功能的分布，後者更側重於活性物種的活性基因和活性功能。對於關注微生物組功能的老師而言，較高的成本可以得到更為理想的數據用於此類研究。還有的老師表示，如果我想進行更廣泛和深入的研究，可能會用到多種技術手段，那麼也可以進行這幾類技術方法的合併使用和關聯分析，這部分內容我們會在後續的分享中一一為大家開展介紹。

我們下期見！

凌恩生物——為您提供功能基因擴增子、細菌及真菌多樣性、宏基因組、宏轉錄組和宏病毒組在內的全方位微生物服務，具有豐富的項目經驗和實力雄厚的生物信息分析團隊。從實驗到分析，全方位貼心服務，高標準助力科研。

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