多菌株差異比較分析

隨著快速、經(jīng)濟(jì)的微生物基因組測(cè)序技術(shù)的發(fā)展，大量的微生物基因組數(shù)據(jù)被公布。可以利用全基因組水平的基因掃描和等位基因信息等對(duì)菌種進(jìn)行差異菌株分析。差異菌株分析在研究樣本菌株在群體進(jìn)化或分子流行病學(xué)方面的關(guān)系有廣泛應(yīng)用。微基生物對(duì)細(xì)菌基因組測(cè)序提供以下多菌株差異比較分析服務(wù)。

結(jié)果展示

1) CARD數(shù)據(jù)庫比對(duì)分析

The Comprehensive Antibiotic Resistance Database （http://arpcard.mcmaster.ca）CARD 數(shù)據(jù)庫核心是 ARO(Antibiotic Resistance Ontology)，ARO 包含了與抗生素抗性基因，抗性機(jī)制，抗生素和靶相關(guān)的term。CARD 數(shù)據(jù)庫是目前應(yīng)用廣泛的耐藥基因研究工具。

抗性基因熱圖

2) VFDB數(shù)據(jù)庫比對(duì)分析

毒力因子數(shù)據(jù)庫 VFDB （http://www.mgc.ac.cn/VFs/main.htm）由中國醫(yī)學(xué)科學(xué)院研發(fā)，被廣泛應(yīng)用于毒力因子基因鑒定。 該數(shù)據(jù)庫目前已涵蓋74個(gè)屬，一千余個(gè)致病因子，三萬多條基因序列。是目前公開的、細(xì)菌致病因子應(yīng)用廣泛的數(shù)據(jù)庫。

3) MLST分析

MLST（Multi-locus sequence typing）多位點(diǎn)序列分型是常用的基因分型方法。通過PCR擴(kuò)增6~10個(gè)管家基因內(nèi)部片段，測(cè)定其序列，得到等位基因編號(hào)，然后進(jìn)行等位基因圖譜(allelic profile)或序列類型(sequence types，STs)鑒定，再根據(jù)等位基因圖譜使用配對(duì)差異矩陣(matrix pair-wise differences)等方法構(gòu)建系統(tǒng)樹圖進(jìn)行聚類分析。

MLST 最小生成樹

4) cgMLST分析 

cgMLST (Core Genenome multi locus sequence typing) 核心基因組多位點(diǎn)序列分型是基于全基因組的核心靶基因進(jìn)行序列分型，在現(xiàn)有的MLST數(shù)據(jù)基礎(chǔ)上，以大量菌株中存在的核心基因組作為序列分型標(biāo)記。cgMLST的標(biāo)記位點(diǎn)多，密度高，其對(duì)菌株之間的細(xì)微變異也更為敏感，進(jìn)一步提高了結(jié)果的精確度和準(zhǔn)確性。將菌株分型鑒定的分辨率拓展到克隆級(jí)別。

細(xì)菌cgMLST分型有助于菌株進(jìn)化研究，感染的早期發(fā)現(xiàn)、耐藥菌株溯源和傳播途徑甄別，在菌株進(jìn)化研究、流行病學(xué)溯源調(diào)查等方面均表現(xiàn)出。

cgMLST 最小生成樹

5 )SNP分析

SNP 即Single Nucleotide Polymorphism，主要是指在基因組水平上由單個(gè)核苷酸的變異所引起的DNA序列多態(tài)性，包括單個(gè)堿基的轉(zhuǎn)換、顛換等。使用核心基因的SNP（cgSNP）信息構(gòu)建系統(tǒng)進(jìn)化樹，分辨率最高，但只適合特別近的菌株。

6) 泛基因分析

泛基因組即某一物種全部基因的總稱。對(duì)各個(gè)樣本中的不同類型的基因占比進(jìn)行統(tǒng)計(jì)，從而對(duì)樣本中基因的結(jié)構(gòu)類型有宏觀的把控。泛基因組分為核心基因組（core genome）、可變基因組（dispensable），特有基因 （unique  genes）。其中unique gene為樣本特有基因，一般與該樣本特有的表型、特有的適應(yīng)性等區(qū)別于其他樣本的特征相關(guān)；dispensable gene為樣本中的附屬基因，這部分基因形成了群體的遺傳多樣性；core gene為所有樣本共有的基因，與群體共有或基本特征相關(guān)，形成了某類物種特有的表型或者屬性。

 

核心基因家族的統(tǒng)計(jì)

同源基因家族的分布統(tǒng)計(jì)

各樣本同源基因的分布統(tǒng)計(jì)

7) 系統(tǒng)進(jìn)化分析

GTDB(GENOME TAXONOMY DATABASE)這一分類系統(tǒng)以細(xì)菌中普遍存在的120個(gè)單拷貝蛋白質(zhì)（bac120）為基礎(chǔ)；在對(duì)多分組類別消歧后，根據(jù)相對(duì)演化散度標(biāo)準(zhǔn)化和分級(jí)，得到基因組分類數(shù)據(jù)庫（GTDB），將目的序列和GTDB數(shù)據(jù)庫比對(duì)，比對(duì)到的單拷貝蛋白序列進(jìn)行alignment，而后進(jìn)行發(fā)育樹的繪制。