应用的复兴.ppt
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1、16SrRNA应用的复兴,李军建 10808039,摘要,16srRNA的研究已经成为了描述细菌菌落结构特征的重要依据。 一种更好的方法:元基因组法。 元基因组:指环境样品中的细菌和真菌的基因组总和。 优点:提供了对群落功能潜力的全面观察,而不只是一个菌落的详细记录。 16srRNA应用复兴得益于以下技术的发展: 1、更高的分辨率(可发现更多的序列) 2、可对多重样本分析(例如跨空间及跨时间样本)。 3、对元数据的改良,及对元数据的使用。,16srRNA及元基因组法的对比,16srRNA具有不寻常的特征 特征 普遍存在性,末端序列守恒,具有一个进化速率变化的区结构。 在微生物进化和生态学研究中
2、的作用地位: 第一,完全改变了进化的观点。 提供一个客观的系统发生的框架,并在这个框架中分类细胞生物等级。 第二,通过对直接来自环境中的16srRNA的克隆和测序,证明了微生物的差异远比我们以前基于培养研究的差异要广泛的多。,元基因组是对一个群落的功能研究: 使用高通量的鸟枪法测序 优点: 随机抽样存在于一个栖息地的所有基因而不只是16srRNA ,因而提供了对一个群落的功能研究,而不只是对它的种系发育的总结。,结论: 第一步:应用经典的16srRNA对群落成分进行描述(在很大程度上决定了将要使用的测序技术及序列必需的数量 ) 第二步:元基因组分析,16sRNA序列分析的数据产生和数据分析 1
3、、测序产生数据 2、数据分析,数据产生,测序技术: lower Sanger测序法,454 pyrosequencing测序法及PhyloChip测序法(一种测量16sRNA的定制微点阵法) 改良的测序技术增加了通量并降低了成本 测序的必要性:虽然花费较高,仍是鉴定新的谱系的“黄金标准” ,因为只有全长或接近全长的序列才合适来建立精确的系统树。,数据产生,1、454 pyrosequencing测序法 比按每个碱基计费的Sanger测序法要便宜一个数量级 能够提高16s RNA测序的吞吐量和分辩率。,第一代:平均只读出100bps,却产生出20Mbp的数据,已成为历史。,第二代:平均读出200
4、bps,每次可产生100Mbp 的数据,第二代:平均读出400bps,每次可产生 500Mbp 的数据,数据产生,2、高密度的微点阵技术 :使用种系发育的专门的探针PhyloChip 。 举例:DeSantis et al.使用这样一种芯片对独立环境样品的种系型进行精密区分 ,这不仅证实了大量的被传统克隆测序技术鉴定的分类群,也发现了在克隆中没有被看到的种群,这些种群接着被taxon特异的PCR随后证实了。 优点:是成本低,速率高。 缺点:只能定向在芯片上鉴别种系型、不能在一个样本中测定种系丰富的分布。,分析工具,单个样品的研究:运用多样性指数和操作分类单位(OTU)评估法 1、数据以一些相似
5、率的设定为基础被组织成OTUs, 2、计算相似性指数,评价不同群落的相似程度。 3、应用回归技术,分析变化性(这些变化性对群落的组成是有意义的,也被应用去联系环境因素下专门的种系发育群的丰度)。,OTU 应用数学方法和电子计算机来研究生物分类问题的边缘学科。又称数值分类学。数值分类学的工作方法大致分为5步。选择所要研究的单位(如品系或种等),所用最低级的实体称为操作分类单位(OTUOperational Taxonomic Unit)。选择OTU的性状( 包括形态学、细胞学、古生物学、生物化学等各种性状)全面计算相似性S。 方法是把一个OTU与另外的每个OTU作比较,通常用百分比来表示。S为百
6、分之百表示完全一致,S为百分之零则表示没有相似。然后把每个OTU的S系数列成一个相似性表或矩阵。进行“簇分析”。把相似性矩阵加以重排,把那些彼此有高度相似性的OTUs集在一起,形成“簇”。将这些簇分阶层地排成树状图,就可以根据具体情况选择不同的相似性水平来代表不同的等级。判别。分类完成后,再倒回去重新检查一下性状,将最稳定的性状作为检索表的特征。数值分类学的方法采用的性状数量多,用计算机运算速度快,所得的结果比较客观。起初用于细菌和病毒等微生物的分类,后来又扩展到高等动植物的分类研究。,物种多样性指数,物种多样性指数是用简单的数值表示群落内种类多样性的程度,用来判断群落或生态系统的稳定性指标。
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