[發明專利]確定環境因素與菌群結構和功能相關性的方法及設備

有效

• 申請號: 201910334811.8
• 申請日: 2019-04-24
• 公開（公告）號: CN110111846B
• 公開（公告）日: 2023-03-14
• 發明（設計）人: 寧康;陳超云;何睿喬;成章昱;韓毛振;查毓國;楊朋碩;姚奇;周豪;鐘朝芳
• 申請（專利權）人: 華中科技大學鄂州工業技術研究院;華中科技大學
• 主分類號: G16B30/10
• 分類號: G16B30/10;G16B40/00;C12Q1/6869
• 代理公司: 武漢智嘉聯合知識產權代理事務所(普通合伙) 42231
• 代理人: 黃君軍

本發明實施例提供了一種確定環境因素與菌群結構和功能相關性的方法及設備。其中，所述方法包括：采用第二代高通量測序，獲取菌群樣本中所有菌種的標記基因序列，對所述標記基因序列進行分析，得到所述菌種的可操作分類單元，并采用R語言對所述可操作分類單元進行可視化；根據所述菌種的可操作分類單元，對所述菌群樣本進行差異性分析，得到所述菌群樣本的菌群結構，結合半封閉環境特征參數，確定所述菌群結構和菌群功能，與環境因素的相關性。本發明實施例提供的確定環境因素與菌群結構和功能相關性的方法及設備，可以較為精確的確定環境因素與菌群結構和功能的相關性。

技術領域

本發明實施例涉及微生物組與生物信息技術領域，尤其涉及一種確定環境因素與菌群結構和功能相關性的方法及設備。

背景技術

近年來，隨著測序技術、現代基因組學、蛋白質組學、代謝組學等“組學”理論的發展，系統生物學視角的引入以及生物信息學的應用，微生物基因組學的發展得到了巨大的推動，使得微生態研究得到了極大的豐富。研究表明，微生物組對于地球化學循環起著非常重要的作用，在土壤、海洋、以及湖泊中也對局部的化學循環起著舉足輕重的作用。同時，在城市中的生境破碎化、氣候因素、地理因素會影響微生物群落的結構組成以及微生物的功能。除此之外，人類活動會對居所內環境的微生物群落產生很大的影響，而且人類活動的密度也會影響環境中微生物群落的狀態。越來越多的微生物組與環境因素之間的關聯性研究顯示，環境微生物和人類活動是相互影響的。

基于高通量測序技術的元基因組研究方法是目前認識、分析生物混合體系結構和功能最有效、最重要的方法之一。利用該方法可以較全面的檢測微生物樣品中微生物的種類和組成，從而使得我們可以較容易的獲得環境中微生物的群落組成和功能信息，從而研究微生物和環境以及人類潛在的相互作用。基因組學、蛋白質組學、代謝組學等“組學”理論的發展，多組學聯合分析技術的完善，微環境內微生物學研究愈發的炙手可熱。憑借著高通量測序的便利，高性能計算的高速發展帶來的大數據時代，“人類-微生物-環境”相互作用網絡的得到一定程度的完善。然而影響微生物群落的因素多種多樣，現有的問題導向的科學研究常常集中研究某一個或者少數幾個點，針對半封閉環境的微生物系統化縱向分析鮮見報道。因此，找到一種針對半封閉環境與菌群結構和菌群功能相關性的確定方法，就成為業界亟待填補的技術空白。

發明內容

為了有效彌補現有技術存在的上述技術空白，本發明實施例提供了一種確定環境因素與菌群結構和功能相關性的方法及設備。

第一方面，本發明的實施例提供了一種確定環境因素與菌群結構和功能相關性的方法，包括：采用第二代高通量測序，獲取菌群樣本中所有菌種的標記基因序列，對所述標記基因序列進行分析，得到所述菌種的可操作分類單元，并采用R語言對所述可操作分類單元進行可視化；根據所述菌種的可操作分類單元，對所述菌群樣本進行差異性分析，得到所述菌群樣本的菌群結構，結合半封閉環境特征參數，確定所述菌群結構和菌群功能，與環境因素的相關性。

進一步地，所述對所述標記基因序列進行分析，得到所述菌種的可操作分類單元，包括：采用MOthur和Qiime生物信息學工具，對所述標記基因序列進行分析，得到所述菌種的可操作分類單元。

進一步地，所述根據所述菌種的可操作分類單元，對所述菌群樣本進行差異性分析，得到所述菌群樣本的菌群結構，包括：根據所述菌種的可操作分類單元，對照GreenGene數據庫，得到所述菌群樣本的相對豐度組成信息，根據所述相對豐度組成信息，將所述菌群樣本分組，采用主坐標分析法和主成分分析法，對所述相對豐度組成信息和所述菌種的可操作分類單元，進行差異性分析，得到所述菌群樣本的菌群結構。

進一步地，所述主坐標分析法，包括：采用Unweighted_Unifrac方法，對所述菌群樣本的相對豐度組成信息，及所述菌種的可操作分類單元，分別進行菌種之間的距離計算，得到菌種間的歐式距離，并根據所述歐式距離，得到所述相對豐度組成信息的皮爾森相關性。

進一步地，所述半封閉環境特征參數，包括：大氣壓力、人類活動和溫度。