METAGENOMICS

宏基因组测序

Shotgun Metagenomics — Species & Functional Gene Profiling

宏基因组测序(Shotgun Metagenomics)不依赖扩增与分离培养,对环境样本中的全部 DNA 进行随机测序,一次实验即可同步获得微生物物种组成与功能基因信息;数据经序列组装、基因预测与非冗余基因集构建完成物种与功能注释(GO / KEGG / COG / CAZy / CARD),进而开展群落组成、多样性与差异分析。

6 G
测序数据量
SEQUENCING DATA
5
个功能数据库注释
FUNCTIONAL DATABASES
8
个分析模块
ANALYSIS MODULES

技术参数

TECHNICAL SPECIFICATIONS
项目内容
测序数据量6 G / 10G
序列组装MEGAHIT(succinct de Bruijn graph)拼接获得 contigs,统计 N50、contig 数量与长度分布
基因预测Prodigal 预测原核与宏基因组开放阅读框,输出基因序列、蛋白序列与 GFF 文件
非冗余基因集MMseqs2 cluster 按相似度 95%、对齐区域覆盖度 90% 去冗余;Bowtie2 比对统计基因丰度
物种与功能注释DIAMOND 比对 NCBI-NR 获得物种注释;GO、KEGG、COG、CAZy、CARD 五库功能注释(含抗生素抗性 ARO)

分析流程

ANALYSIS WORKFLOW
1
数据质控
原始数据 · 优化数据
2
序列组装
MEGAHIT · contigs
3
基因预测
Prodigal · ORF
4
基因集构建
MMseqs2 · Bowtie2
5
功能注释
NR / KEGG / CAZy
6
组成分析
Venn · Bar · 热图
7
多样性分析
Alpha · Beta
8
差异分析
LEfSe · 秩和检验

生信分析内容

BIOINFORMATIC MODULES
分析模块核心方法与指标主要产出图表
测序数据统计原始数据 fastq(R1 / R2)统计数据量、reads 数、碱基数与 Q20 / Q30、GC 含量;剪切 adapter 与质量过滤后统计碱基保有率原始数据与优化数据统计表、碱基质量与含量分布图
序列组装MEGAHIT(succinct de Bruijn graph)对各样本有效序列拼接获得 contigs,统计 N50、contig 数量与长度分布组装结果统计表、长度分布图
基因预测Prodigal 预测原核与宏基因组开放阅读框,识别编码区域,输出基因序列、蛋白序列与 GFF 文件基因序列文件、蛋白序列文件、GFF
非冗余基因集MMseqs2 cluster 按相似度 95%、对齐区域覆盖度 90% 去冗余;Bowtie2 将各样本有效序列比对至基因集统计基因丰度非冗余基因集、基因丰度表
物种与功能注释DIAMOND 比对 NCBI-NR 获得物种注释并在域—种层级计算丰度;GO、KEGG、COG、CAZy、CARD 五库功能注释(含抗生素抗性 ARO)注释汇总表、各数据库层级丰度表
组成分析物种(Species / Genus / Family 等)与功能(KO / COG / CAZy / ARO / GO / Pathway)层级的 Venn、群落 Bar 图与丰度 HeatmapVenn 图、群落 Bar 图、Heatmap 图
多样性分析Alpha 多样性指数与组间差异箱线图;Beta 多样性的样本间距离矩阵、层次聚类、PCA / PCoA / NMDS 排序与 ANOSIM 组间检验指数箱线图、PCA / PCoA / NMDS 图、ANOSIM 图
差异分析物种与功能层级的 LEfSe 线性判别分析(LDA);组间 Wilcoxon 秩和检验筛选差异物种与差异功能单元LEfSe 图、LDA 条形图、差异检验表

示例结果图

SELECTED FIGURES FROM ACTUAL REPORTS
Contig 长度分布
Contig 长度分布
各样本组装 contigs 的序列长度区间分布,N50 等组装指标同步统计。
KEGG 功能注释统计
KEGG 功能注释统计
KEGG 二级通路层级的基因数统计,按代谢、遗传信息处理等大类着色。
CAZy 碳水化合物活性酶注释
CAZy 碳水化合物活性酶注释
六大蛋白功能模块(GH / GT / PL / CE / AA / CBM)基因数统计。
组间共有 / 特有物种韦恩图
组间共有 / 特有物种韦恩图
Treat 与 Con 两组共有与特有物种统计。
物种组成柱状图(属水平)
物种组成柱状图(属水平)
各样本属水平物种相对丰度组成,直观呈现组间物种结构差异。
物种丰度热图(节选)
物种丰度热图(节选)
Top 物种在各样本中的丰度分布与层次聚类,节选部分物种展示。
PCA 分析(物种)
PCA 分析(物种)
主成分得分图展示样本间物种组成差异与组内聚集程度。
PCoA 分析(物种,Bray-Curtis)
PCoA 分析(物种,Bray-Curtis)
基于物种距离矩阵的主坐标分析,置信椭圆展示分组结构。
LEfSe 分析 LDA 条形图(节选)
LEfSe 分析 LDA 条形图(节选)
组间显著差异物种及其 LDA 得分,颜色区分组别,节选 Top 条目。

应用场景

APPLICATIONS
菌群功能潜能挖掘新基因与代谢通路发现抗性基因与环境监测宿主-微生物互作宏基因组组装基因组

常见问题

FAQ
宏基因组测序项目周期多久?
自样本质检合格起,常规周期为 3–6 周(含建库、测序与生信分析);样本量大或深度定制分析的项目以方案确认为准。
样本质量不合格怎么办?
样本质检不合格会第一时间出具质检报告并说明原因,与您协商重新送样或调整方案,不会强行上机。
生信分析包含哪些内容?可以追加个性化分析吗?
标准交付已覆盖质控、比对 / 组装、定量、差异与功能富集等核心模块;在此基础上支持个性化深度分析与多组学联合分析,按需求评估报价。
宏基因组测序对样本有什么要求?
总 RNA ≥1 μg 且 RIN ≥7(液氮速冻、干冰运输);微生物与粪便样本 ≥200 mg(无菌采集、−80 ℃);全血 WGS ≥500 μL(EDTA 抗凝,禁用肝素)。RNA 完整性优先于浓度。详见《技术资源 → 样本相关》。

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