[發明專利]一種構建細菌群落基因組規模代謝網絡的方法

在審

• 申請號: 202011119196.8
• 申請日: 2020-10-19
• 公開（公告）號: CN112365932A
• 公開（公告）日: 2021-02-12
• 發明（設計）人: 劉思彤;趙云鵬;陳倩
• 申請（專利權）人: 北京大學
• 主分類號: G16B45/00
• 分類號: G16B45/00;G16B20/30;G16B5/00
• 代理公司: 北京智繪未來專利代理事務所(普通合伙) 11689
• 代理人: 郭紅燕

本發明公開了一種構建細菌群落基因組規模代謝網絡的方法，其包括以下步驟：步驟1，細菌群落宏基因組的測序；步驟2，拼接獲得細菌基因組圖譜；步驟3，開放讀碼框的識別；步驟4，開放讀碼框的代謝功能的預測；步驟5，將預測的結果進行可視化處理構建細菌群落基因組規模代謝網絡。本發明在宏基因組測序的基礎上，采用一種體系方法控制原始序列數據的質量從而統一了原始序列數據的質量控制精度，提高了基因組圖譜拼接的速度和效率，并且構建了一種可視化的細菌菌群基因組規模代謝網絡，從而直觀高效地了解細菌群落功能。

技術領域

本發明屬于生物信息學的技術領域，具體涉及一種構建細菌群落基因組規模代謝網絡的方法。

背景技術

細菌群落是細菌通過各種途徑相互作用和相互影響形成的有機整體，其是維持細菌生命活動穩態和發揮作用的載體，細菌群落功能對于生物地球化學循環、人類生產生活和生命活動具有重要的影響。因此，了解細菌群落整體的功能對于細菌生態學認知的完善和人類合理開發利用細菌群落功能具有重要意義。

微生物測序技術的開發，尤其是宏基因組學的應用，極大地加速了人們對于細菌生命活動和細菌群落功能的認知。然而，基于宏基因組測序技術，人們只能掌握群落中部分優勢菌種和群落中細菌發生的活躍代謝反應，而不能了解細菌群落整體的功能。

為了全面地了解細菌群落的功能，基于宏基因組測序技術的基因組圖譜拼接技術應用而生。目前，基因組圖譜拼接技術雖有助于深入研究細菌及細菌群落功能，但是在拼接速度和效率方面仍存在問題。如基于ESOM軟件的基因組拼接方法體系自動化水平較低，耗時10～30天才可得到細菌基因組圖譜；基于Maxbin軟件的基因組拼接方法體系拼接的基因組圖譜，只能利用群落基因組測序數據的60％，難以恢復群落的基本結構。同時，不同方法體系對于原始數據的質量控制精度要求不同，質量控制精度的多次嘗試也導致基因組圖譜拼接體系難以廣泛應用。

發明內容

本發明的目的在于提供一種構建細菌群落基因組規模代謝網絡的方法，提高基因組圖譜拼接的速度和效率，采用一種體系方法控制原始序列數據的質量從而統一了原始序列數據的質量控制精度，并且構建了一種可視化的細菌菌群基因組規模代謝網絡。

本發明提供一種構建細菌群落基因組規模代謝網絡的方法，其包括以下步驟：步驟1，細菌群落宏基因組的測序；步驟2，拼接獲得細菌基因組圖譜；步驟3，開放讀碼框的識別；步驟4，開放讀碼框的代謝功能的預測；以及步驟5，將預測的結果進行可視化處理，從而構建所述細菌群落基因組規模代謝網絡。

優選地，在步驟5中，采用KEGG Mapper平臺對所述預測的結果進行可視化處理，所述KEGG Mapper平臺運行時使用重建通路模式。

優選地，在步驟4中將所述開放閱讀框與京都基因與基因組百科全書數據庫進行比對。

優選地，步驟1包括提取細菌群落的總DNA樣本和對所述總DNA樣本進行宏基因組測序。

優選地，步驟2包括：對步驟1所述測序產生的原始序列數據進行質量控制、將質量控制后得到的序列組裝為Scaffolds、將Scaffolds進行拼接從而獲得所述細菌基因組圖譜、對所述基因組圖譜進行質量檢測。

優選地，采用SeqPrep和Sickle軟件對所述測序產生的原始序列數據進行質量控制，運用所述Sickle軟件時q參數設定值為25～35，l參數設定值為50～60。

優選地，采用IDBA_UD軟件將所述質量控制后的序列組裝為Scaffolds，然后將所述Scaffolds運用MetaBAT軟件拼接出所述細菌基因組圖譜。

優選地，所述MetaBAT軟件運行時采用sensitive模式，m參數設定值≥1500。

優選地，采用CheckM軟件對所述細菌基因組圖譜進行質量檢測，保留完整度高于70％且污染率低于10％的細菌基因組圖譜。