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)課題組在《農(nóng)業(yè)科學(xué)學(xué)報(bào)（Journal of Integrative Agriculture）》上發(fā)表題為“High-fidelity gut metagenome: A new insight of identification of functional probiotics（高保真腸道宏基因組：研究和鑒定功能益生菌的新思路）”的綜述論文,，該文章總結(jié)了宏基因組用于腸道菌群組裝的最新試驗(yàn)技術(shù)和組裝策略,，為人類和動物腸道益生菌以及微生物組研究提供了新視角,。

益生菌通過調(diào)節(jié)宿主腸道微生物群落的結(jié)構(gòu)與代謝功能發(fā)揮作用,，改善人類和動物腸道健康,。因此,，功能性益生菌的鑒定及其特性與適用性的深入探索,，對于開發(fā)更有效的益生菌產(chǎn)品和制定人類健康與畜牧業(yè)領(lǐng)域個(gè)性化益生菌治療和營養(yǎng)調(diào)控策略具有至關(guān)重要的意義,。

圖1 |  腸道微生物群對宿主的影響,。 A 宿主的腸道微生物群,。 B 不同種類的宿主，包括人,、豬、雞,、牛,、羊,。 C 腸道微生物群對宿主的影響,。

然而，受當(dāng)前測序技術(shù)的限制,，尤其是在處理具有密切親緣關(guān)系譜系的微生物群落時(shí),，使得宏基因組的組裝變得復(fù)雜,，完整的宏基因組組裝基因組（cMAGs）的生成受到阻礙。這一限制制約了研究人員在益生菌菌株水平上的全面解析,。因此,，該研究首先闡述了益生菌通過調(diào)節(jié)腸道微生物群落的結(jié)構(gòu)和功能對宿主產(chǎn)生的益處,，并強(qiáng)調(diào)功能性益生菌鑒定的重要性,，按照微生物組研究技術(shù)發(fā)展的時(shí)間順序詳細(xì)介紹了益生菌研究中的技術(shù)進(jìn)展（包括糞便微生物群移植（Fecal microbiota transplantation）,、微生物16S rDNA測序（Microbial 16S rDNA) sequencing）,、轉(zhuǎn)錄組分析（Transcriptome analysis）,、代謝組分析（Metabolomic analysis）,、鳥槍法測序技術(shù)（Shotgun sequencing technology）、技術(shù)局限性（Technical limitations）等方面）,，總結(jié)了這些技術(shù)在益生菌研究中的應(yīng)用和研究意義，揭示了這些技術(shù)如何促進(jìn)益生菌對腸道微生物群和宿主健康的影響,，并闡述了這些技術(shù)的優(yōu)點(diǎn)和缺點(diǎn),。

由于這些技術(shù)的局限性，研究人員希望通過宏基因組組裝獲得完整的宏基因組數(shù)據(jù)用來充分解析微生物組的組織模式和功能,。所以,，該研究深入探討了基于不同測序技術(shù)的宏基因組組裝方法和組裝軟件，回顧了這些組裝方法在鑒定功能性益生菌中的應(yīng)用和意義,，并詳細(xì)介紹了各種組裝技術(shù)和軟件的優(yōu)勢,、局限性、原理以及它們在特定研究場景下的適用性,。逐步揭示了隨著測序技術(shù)與組裝軟件的不斷進(jìn)步,，組裝質(zhì)量如何得以提升(主要從“基于NGS的宏基因組組裝方法”,、“基于TGS的宏基因組組裝方法”,、“基于混合測序的宏基因組組裝方法”、“結(jié)合Hi-C輔助的TGS與NGS混合測序?qū)橥暾昊蚪M的組裝提供完美的解決方案”等方面進(jìn)行闡述),。研究人員依據(jù)不同的數(shù)據(jù)類型及各項(xiàng)測序技術(shù)和組裝軟件的特點(diǎn),，創(chuàng)新性地總結(jié)了高保真度腸道宏基因組組裝的流程，從而為鑒定功能性益生菌提供了清晰和詳細(xì)的指導(dǎo),。

圖2 | 腸道完整宏基因組研究技術(shù)流程

基因組所（省實(shí)驗(yàn)室深圳分中心）副研究員孔思遠(yuǎn),、美國弗雷德里克國家實(shí)驗(yàn)室研究員張玉波、太原理工大學(xué)計(jì)算機(jī)科學(xué)與技術(shù)學(xué)院（大數(shù)據(jù)學(xué)院）周瑜為本文章共同通訊作者,?；蚪M所與太原理工大學(xué)聯(lián)合培養(yǎng)碩士生（已畢業(yè)）王宇輝，科研助理（已離職）高培文為本文章第一作者,。其中腸道完整宏基因組組裝流程得到了基因組所潘瑋華研究員的指導(dǎo),。該研究得到了廣東省自然科學(xué)基金面上項(xiàng)目、深圳市優(yōu)秀科技創(chuàng)新人才培養(yǎng)（博士啟動）項(xiàng)目等基金的資助,。

原文鏈接：https://doi.org/10.1016/j.jia.2024.05.011

參考文獻(xiàn)：

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