近日,，中國農(nóng)業(yè)科學(xué)院深圳農(nóng)業(yè)基因組研究所（嶺南現(xiàn)代農(nóng)業(yè)科學(xué)與技術(shù)廣東省實(shí)驗(yàn)室深圳分中心，以下簡稱“基因組所”）孔思遠(yuǎn)課題組,、潘瑋華課題組在《宏（iMeta）》上在線發(fā)表題為“Efficient and easy-to-use capturing three-dimensional metagenome interactions with GutHi-C”的研究論文，該研究開發(fā)了一種高效易用的可廣泛應(yīng)用于人類,、畜禽等動(dòng)物腸道,、糞便微生物組的GutHi-C技術(shù)，一方面可以輔助宏基因組組裝,，為得到畜禽腸道等環(huán)境中微生物組的完整宏基因組提供了有力的工具,，另一方面，為研究微生物宏基因組以及單菌水平的基因組三維互作和細(xì)菌內(nèi)基因（比如抗性基因）轉(zhuǎn)錄調(diào)控提供了有力手段,。

農(nóng)業(yè)動(dòng)物腸道微生物在宿主的整個(gè)生命過程中發(fā)揮著關(guān)鍵作用,，解析腸道微生物宏基因組的組織模式對于理解微生物的功能以及微生物群體與宿主之間的關(guān)系具有重要意義,。在微生物宏基因組研究中廣泛使用的Shotgun（鳥槍法）技術(shù)會產(chǎn)生大量冗余序列，無法在種和菌株水平上進(jìn)行進(jìn)一步分析,。Hi-C（高通量染色質(zhì)構(gòu)象捕獲）技術(shù)在三維組織模式分析和基因組輔助組裝方面具有明顯優(yōu)勢,，但由于經(jīng)典Hi-C技術(shù)在微生物研究中存在局限性，且得到的數(shù)據(jù)質(zhì)量差,，因此,，較少應(yīng)用于微生物宏基因組研究。通過改良微生物細(xì)胞壁裂解方法,、提高微生物基因組酶切效率,，團(tuán)隊(duì)成功開發(fā)了可廣泛應(yīng)用于畜禽腸道微生物群體的GutHi-C技術(shù)。

在GutHi-C文庫構(gòu)建過程中,，采用液氮研磨和/或溶菌酶處理的方法進(jìn)行微生物裂解,，可以最大限度地解離微生物細(xì)胞壁，并允許內(nèi)切酶完全進(jìn)入細(xì)胞核,。在引入in situ Hi-C體系的同時(shí),，減少了生物素和磁珠的用量，在保證甚至提高實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)質(zhì)量的情況下降低了實(shí)驗(yàn)成本,?；谖⑸锶后w的共性特征，該技術(shù)可以適用于來自畜禽,、人類等動(dòng)物腸道,、糞便的微生物群體，來自土壤的微生物群體和培養(yǎng)組微生物混合物等各種環(huán)境下的微生物宏基因組Hi-C建庫和高通量測序,。

通過與現(xiàn)有微生物Hi-C（國外ProxiMeta Hi-C技術(shù)內(nèi)容尚未公開）數(shù)據(jù)進(jìn)行對比,，GutHi-C 技術(shù)產(chǎn)生的數(shù)據(jù)在質(zhì)控參數(shù)（如唯一比對率、去重后有效數(shù)據(jù)比例,、有效互作對的比例和順式相互作用比例）方面具有顯著優(yōu)勢,，同時(shí)GutHi-C技術(shù)還表現(xiàn)出良好的可重復(fù)性。展示了高分辨率互作頻率熱圖,，具有更顯著的信號強(qiáng)度和信號較強(qiáng)的染色體相互作用結(jié)構(gòu)域（CIDs）,。此外。通過將GutHi-C數(shù)據(jù)與三代HiFi宏基因組組裝數(shù)據(jù)進(jìn)行聯(lián)合分析,，可顯著提升腸道微生物宏基因組（MAGs）的組裝質(zhì)量,，使得微生物組宏基因組的高保真的全長成環(huán)完整宏基因組組裝成為可能。

圖1 | GutHi-C在揭示微生物組的宏基因組三維互作構(gòu)象以及結(jié)合三代HiFi測序輔助完整宏基因組組裝上的初步應(yīng)用和評估分析

GutHi-C技術(shù)則針對微生物研究進(jìn)行了優(yōu)化,，解決了經(jīng)典Hi-C技術(shù)在微生物組應(yīng)用中的局限性,，為畜禽腸道微生物的宏基因組研究提供了新的工具。在農(nóng)業(yè)微生物,、人類醫(yī)學(xué),、食品領(lǐng)域具有良好的應(yīng)用前景,。本團(tuán)隊(duì)GutHi-C技術(shù)已申請發(fā)明專利，并準(zhǔn)備與企業(yè)對接進(jìn)行相關(guān)試劑盒研發(fā)落地,。相關(guān)技術(shù)橫向科研合作或技術(shù)轉(zhuǎn)讓請咨詢：kongsiyuan@caas.cn,，或中國農(nóng)業(yè)科學(xué)院深圳農(nóng)業(yè)基因組研究所產(chǎn)業(yè)發(fā)展處（電話：0755-28398803）。

圖2 | GutHi-C技術(shù)發(fā)明專利證書

圖3 | 微生物組GutHi-C技術(shù)建庫試劑盒

基因組所（省實(shí)驗(yàn)室深圳分中心）副研究員孔思遠(yuǎn),、研究員潘瑋華,、博士后朱秀生為論文的共同通訊作者?；蚪M所與河南大學(xué)聯(lián)培碩士生盧宇曦,、基因組所與華中農(nóng)業(yè)大學(xué)聯(lián)培博士生楊金寶、基因組所與青島農(nóng)業(yè)大學(xué)聯(lián)培碩士生李晨瑩為論文共同第一作者,。該工作也得到了美國弗雷德里克國家實(shí)驗(yàn)室張玉波研究員,、中國農(nóng)業(yè)科學(xué)院北京畜牧獸醫(yī)研究所楊述林研究員、王彥芳研究員的大力支持和幫助,。該研究得到了廣東省自然科學(xué)基金面上項(xiàng)目、國家自然科學(xué)基金青年項(xiàng)目,、中國博士后科學(xué)基金博新計(jì)劃和面上項(xiàng)目,、深圳市優(yōu)秀科技創(chuàng)新人才培養(yǎng)（博士啟動(dòng)）項(xiàng)目等項(xiàng)目的資助。

原文鏈接：https://doi.org/10.1002/imt2.227

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