细菌基因组从头测序(Bacterial Whole Genome de novo Sequencing ),是指对基因组序列未知或无近缘物种基因组信息的某个物种,构建不同插入片段的基因组DNA文库并对文库进行序列测定,然后利用生物信息学方法进行拼接、组装和注释,从而获得该细菌的全基因组序列图谱,我们提供细菌框架图和完成图两种不同的解决方案。

一、细菌框架图

技术路线

技术路线

分析内容

    1. 数据质控与统计
    2. 基因组组装
    3. 基因组组分分析
        3.1 编码基因预测
        3.2 重复序列
        3.3 tRNA/rRNA查找
    4. 基因功能分析
        4.1 GO数据库注释
        4.2 KEGG数据库注释
        4.3 TCDB数据库注释
        4.4 Swiss-Prot数据库注释
        4.5 TrEMBL数据库注释
        4.6 病原与宿主互作数据库(PHI)注释
        4.7 细菌病原体的毒力因子(VFDB)注释
        4.8 耐药基因(CARD)注释
        4.9 碳水化合物活性酶(CAZy)数据库注释
        4.10 分泌蛋白预测
        4.11 分泌系统蛋白及T3SS效应蛋白预测
    5. 基因组比较分析
        5.1 SNP统计与注释
        5.2 Indel统计与注释
        5.3 全基因组共线性分析
        5.4 共有和特有基因分析
        5.5 基因家族分析
        5.6 物种进化分析

部分分析结果展示
样品基因功能注释GO 功能分类图

样品基因功能注释GO 功能分类图

全基因组共线性结果展示
全基因组共线性结果展示

二、细菌完成图

技术路线

技术路线

分析内容

    1. 数据质控与统计
    2. 组装
    3. 基因组结构注释
        3.1 基本基因元件预测(tRNA,rRNA)
        3.2 其余RNA预测
        3.3 串联重复序列(TRF)预测
        3.4 简单串联重复序列(SSR)预测
        3.5 CRISPR预测
        3.6 基因岛预测
        3.7 前噬菌体预测
    4. 基本功能数据库注释(NR、COG/KOG、GO、SwissProt、KEGG)
    5. 特定功能注释(CARD,CAZy,PHI,VFDB,TCDB,RMS,分泌蛋白注释,III型分泌系统效应蛋白注释和跨膜结构注释)
        5.1 耐药基因(CARD)数据库注释
        5.2 碳水化合物相关酶(CAZy)数据库注释
        5.3 病原与宿主互作(PHI)数据库注释
        5.4 致病菌毒力因子(VFDB)数据库注释
        5.5 膜转运蛋白分类(TCDB)数据库注释
        5.6 限制性修饰系统分析
        5.7 分泌蛋白注释
        5.8 III型分泌系统效应蛋白注释
        5.9 蛋白跨膜结构注释
    6. 碱基修饰位点检测
    7. 细菌基因组圈图

备注:该产品也可以做比较基因组分析

部分分析结果展示
基因组圈图

基因组圈图

特定功能数据库共有和特有注释分析统计图
特定功能数据库共有和特有注释分析统计图

案例解析

麻风分支杆菌的进化与起源
弥散型麻风分歧杆菌是一种和人类弥散性瘤型麻风相关的病菌。本研究利用高深度测序,从墨西哥患病者皮肤上获得弥散型麻风分歧杆菌近乎完整的基因组序列。和麻风分支杆菌相比,经历了大范围的进化,基因组间的共线性序列达到3.27Mb。编码蛋白的基因核苷酸序列一致性达93%,而假基因组只有82%。功能分析结果表明弥散型麻风分支杆菌丢失了几种需要氨基酸合成的酶,而麻风分支杆菌有一个有缺陷的血红素合成途径。弥散型麻风分支杆菌保留了所有侵染周围神经细胞的功能,因此也能够致病。系统发育比较结果表明,弥散型麻风分支杆菌更接近它们共同的祖先,贝叶斯分析表明两者分离在大约13.9百万年前。因此,尽管两种菌早已分离成不同菌株,但两种菌都非常保守且仍有类似的病理条件。

两种菌的系统发育

两种菌的系统发育


参考文献:
Singh P, Benjak A, et al. Insight into the evolution and origin of leprosy bacilli from the genome sequence of Mycobacterium lepromatosis. Proceedings of the National Academy of Sciences, 2015.

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