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HiC-Meta宏基因组

产品介绍

Hi-C源于染色体构象捕获(Chromosome Confromation Capture,3C)技术。利用高通量测序技术,结合生物信息分析方法,研究全基因组范围内整个染色质DNA在空间位置上的关系。

Hi-C技术的出现,为困扰其中的微生物学家们提供了重要思路——基于染色体空间构象捕获研究的三维基因组技术,能够很好的“绑定”细胞内空间构象彼此靠近的DNA片段。利用HiC-Meta技术开展宏基因组研究,可以基于Hi-C的交联关系,确定来源于同一个细胞的序列,即通过与不同细胞(微生物)相比,来源于同一个细胞(微生物)内的DNA分子互作更强,基于此原理可将来自于同一种微生物的contigs序列聚类到同一个groups中,并对group进行物种鉴定。基于宏基因组测序获得单菌的基因组信息,深化宏基因组研究。

特色HIC-Meta,是一款基于三维基因组技术的宏基因组研究方案,从群体宏基因组样本中,深度挖掘获得near-complete microbial genomes,让您的宏基因组“比宏基因组更有内涵”。

技术原理


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A. 宏基因组的复杂样本与甲醛进行交联,红色点示意产生交联的DNA分子之间的交叉链接。

B. 进行DNA提取,获得交联的DNA群,重新连接这些游离DNA末端,用于建库测序。

C. 基于序列之间的连接关系,区分序列来源,构建单菌的基因组框架。

技术流程


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技术特色


ü 无需分离培养,实现复杂环境样本中单菌基因组研究;

ü 提升宏基因组中单菌基因组组装结果,深化宏基因组研究;

ü 适用于微生物宏组学样本的新基因组(新物种)发现;

ü 可探寻宏组学样本中质粒与宿主基因组的关系,挖掘噬菌体侵染细菌过程等,适用于抗性基因扩散、基因水平转移等研究。

分析示例


案例一牛瘤胃宏基因组测序组装出913个微生物基因组

Assembly of 913 microbial genomes from metagenomic sequencing of the cow rumen. Nature Communication, 2018.

牛瘤胃微生物参与将植物材料分解为能量和营养素,但对这一过程中的微生物的基因组知之甚少。本研究利用Hi-C技术和Binning方法,探究了牛瘤胃微生物基因组信息及相关功能。

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研究获得高质量框架图491。其中,215个达到完整度≥95%,污染率≤5%30个基因组完整度≥97%,污染率=0

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案例二宏基因组新技术捕获环境样本菌体间的基因传播

Linking the resistome and plasmidome to the microbiome. The ISME Journal, 2019.

环境样本中存在着基因水平转移的过程,通俗来说,就是一个生物把基因送给了另一个生物。它们之间不需要亲缘关系(比如双亲和后代),就可以实现这样的基因传递——可能是质粒,也可能是基因片段,比如抗生素抗性基因等。如此一来,通过基因水平转移的方式,本不具有耐药性的细菌获得了耐药的新功能。

利用HiC技术成功的将环境样本中的微生物与ARGs,质粒及整合子信息关联,科学家们成功开展环境样本中微生物的基因水平转移和共享研究,基于三维基因组原理进行环境样本中高质量基因组组装,并将质粒和抗生素抗性基因关联到宿主。

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研究对应了质粒的原生寄主范围:有的质粒存在广泛的寄主(宽宿主范围Bhr),如ZncQ质粒;也有的仅有窄宿主范围(Nhr)。验证结果发现,这一宿主范围评估与预期惊人的相似——由此可以发现,基于HiC方法,可以在动态复杂环境中确定ARGs和质粒等移动元件的宿主分类定位。

研究还对ARGs,质粒及整合子宿主界定的准确性进行了验证,对所有与质粒,整合子,ARGs相关contigs进行了分类。与这些基因和可移动元件相关的contigs的宿主分类与ProxiMeta的结果高度一致。

HiC-Meta技术,从样本制备到数据分析,一次实验,一个样本,深度挖掘群体到个体不同层次的组学信息,更能拓展研究领域,深化对自然样本中基因水平转移过程的了解,多层次全方位揭示复杂微生物组样本信息,让您的研究“领先一步”。

参考文献】:

1. Linking the resistome and plasmidome to the microbiome. ISMEIF=9.493, 2019.

2. Assignment of virus and antimicrobial resistance genes to microbial hosts in a complex microbial community by combined long-read assembly and proximity ligation.Genome BiologyIF=14.028, 2019.

3. Assembly of 913 microbial genomes from metagenomic sequencing of the cow rumen. Nature Communications IF=12.353, 2018.