细菌基因组测序解决方案

一、 介绍

细菌基因DNA从头测序即de novo 测序，不需要任何参考序列资料即可对某个物种进行测序，用生物信息学分析方法进行拼接、组装，从而获得该物种的基因组序列图谱。利用全基因组从头测序技术，可以获得全基因组序列，从而推进该物种的研究。全基因组序列图谱完成后，可以构建该物种的基因组数据库，为该物种的后基因组学研究搭建一个高效的平台；为后续的基因挖掘、功能验证提供DNA序列信息。

二、 技术方案

第三代测序平台PacBio RS II具有读长较长的优势（10 kb SMRT bell 文库不低于100×测序深度），能够在序列上通过重复序列区及高GC区，从而达到更好的拼接效果，我们推荐用该平台进行100X覆盖的测序；同时，利用第二代测序平台Illumina HiSeq，对小插入片段基因组文库进行双末端（Paired-End）测序，按照基因组5M计算，测序数据量不少于2G，能够达到约400X覆盖。利用PacBio RS II与Illumina HiSeq相结合，构建细菌基因组的精细图。

分析流程

备注：
注1：需提供涉及系统发育分析的物种，并且16S rDNA序列信息已知；
注2：需样本数量大于10个；

注3：功能蛋白预测包括：致病菌毒力因子（VFDB）分析、抗生素抗性（ARDB）分析、碳水化合物活性酶（CAZy）分析等。

三、 部分分析内容展示

• COG注释

• 基因在基因组分布展示 （circos图）

     其中，从里到外，每个环分别为GC-skew，GC ratio，rRNA基因，负正链基因，其中蛋白编码基因的颜色来源与COG注释。除此之外，可以添加展示的定制的数据。

• 碱基修饰检测及修饰位点Motif预测

左图：横坐标为每个碱基的测序单向深度，纵坐标为碱基的修饰打分

右图：不同修饰QV下QV与碱基数目的图形

• 修饰信号及motif在基因组上的分布

其中最外面和最里面为碱基修饰信号，两者之间为motif在基因组上的分布。

• 比较基因组分析

横坐标为参考基因组的坐标，纵坐标为contig，斜率为1的线表示正向匹配，斜率为-1的线条表示反向，contig与参考序列之间存在inversion的变化。正向用红色表示，反向用绿色表示。

• 进化分析

四、 案例解析

研究人员利用二代测序仪Illumina MiSeq和三代测序仪PacBio RS II，成功完成Clostridium carboxidivorans P7T的全基因组测序及拼接工作，并进行了全基因组注释。拼接及注释结果表明：C. carboxidivoransP7全基因组总大小为5.73 Mbp，包含5,732,880 bp的环形染色体和19,902 bp的大质粒，GC含量29.9%；利用NCBI PGAP预测共有4973个基因编码序列，11个rRNA，71个tRNA(表1)。（该研究中PacBio RS II测序服务由上海伯豪生物技术有限公司提供）

表1 C. carboxidivoransP7全基因组与已报道草图比较结果

C. carboxidivoransP7基因组circos图

原文出处：
Li N,Yang J,Chai C,et al. Complete genome sequence of Clostridium carboxidivorans P7(T), a syngas-fermenting bacterium capable of producing long-chain alcohols.J Biotechnol.2015.

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注：该产品未在中华人民共和国食品药品监督管理部门申请医疗器械注册和备案，不可用于临床诊断或治疗等相关用途