MetaCHIP:鑑定微生物群落中水平基因轉移的新方法!

2021-02-15 微生態

澳大利亞新南威爾大學Torsten Thomas等人於2019年3月4日在《Microbiome》上發表了題目為《MetaCHIP: community-level horizontal gene transfer identification through the combination of best-match and phylogenetic approaches》的文章。該研究開發了一種工具名為MetaCHIP（「Meta」用於「宏基因組學」，「CHIP」用於「菌群級水平基因轉移識別途徑」），該工具可以從微生物群落數據中檢測出具有不同程度遺傳差異的水平基因轉移，並提供了新的生物學和生態學見解。


文章摘要

背景：宏基因組數據集提供了研究微生物群落水平基因轉移（HGT）的機會。然而，目前的HGT檢測方法不能應用於菌群級數據集或需要參考基因組。在這裡，我們提出了MetaCHIP，這是一個在菌群水平上識別參考獨立HGT的途徑。

結果：在模擬數據集上MetaCHIP的表現表明，它可以預測宏基因組數據集中不同遺傳分化程度的HGTs。結果還表明，從宏基因組數據集中檢測到最近的基因轉移（即具有低遺傳分化水平的基因轉移）在很大程度上受到序列組裝步驟的影響。MetaCHIP同先前土壤細菌的分析比較，結果顯示了對近期HGTs的預測的高度一致性，並且揭示了大量額外的非近期基因轉移，其可提供新的生物學和生態學見解。在真實宏基因組數據集上MetaCHIP的表現證實了HGT在人腸道菌群中與抗生素抗性相關的基因傳播中的作用。進一步的測試還表明，與能量產生和轉化以及碳水化合物運輸和代謝相關的功能經常在游離的微生物中轉移。

結論：MetaCHIP提供了在微生物群落中研究HGTs的機會，其在微生物生態學和進化領域具有多種應用。MetaCHIP是用Python實現的，可以在https://github.com/songweizhi/MetaCHIP免費獲得。

 

關鍵詞：宏基因組學，水平基因轉移，HGT鑑定，生物信息學

文中主要圖片說明

圖1 MetaCHIP的工作流程

 

圖2 確定的HGT的側翼區域的示例輸出。

 

圖3 基於16S rRNA基因序列樹與具有不同基因組完整性水平的SCG蛋白樹之間的相似性。通過Mantel測試評估相似性。

 

圖4 MetaCHIP在綱和基因水平的基因組之間引入的HGTs恢復的表現。「BM」和「PG」分別是指在「最佳匹配方法」和「系統發育方法」之後回收的基因轉移。「RD」顯示了基因流「正確方向」的預測恢復

 

圖5 測序深度對不同組裝者和不同遺傳分化水平的引入基因轉移恢復的影響

 

圖6 組裝和裝箱過程中回收的基因轉移百分比

 

圖7 組裝模擬序列和基因組合併（模擬）後MetaCHIP恢復基因轉移的百分比。

 

圖8 MetaCHIP的遺傳分化鑑定了來自土壤分離株的368個基因組的HGTs。

 

圖9 2094基因組的COG功能類別的相對比例以及MetaCHIP預測近期（遺傳差異≤1％）和非近期（遺傳差異> 1％）HGT。

 

圖10 預測人類腸道和北海微生物群落內的基因流動。

 

圖11 輸入基因組的COG功能類別的相對比例和來自人類腸道的預測HGTs。

 

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