服务流程 

微基生物提供比较基因组分析：基因组序列比对、系统发育树构建、泛基因组分析、结构变异分析、功能基因（如抗生素抗性基因、代谢相关基因）检测等，全方位解析菌株遗传特征。

适用场景

1.新菌株鉴定：未知菌株与已知菌株基因组比对，快速确定新菌株分类地位和独特遗传特征，为新菌株的资源保护、开发利用（如新型益生菌、工业菌株筛选）提供核心依据。

2.菌株进化研究：无论是探究同一物种不同生态型菌株的进化路径，还是研究菌株在不同环境压力下的适应性进化，通过系统发育分析、遗传变异解析等手段，清晰还原菌株进化历史，揭示遗传变异与环境适应的关联机制，为微生物进化生物学研究提供有力支撑。

3.功能基因挖掘：可定向挖掘与抗生素抗性、特殊代谢产物（如有机酸、酶制剂）、污染物降解等相关的功能基因，为后续研究奠定基础。

结果可视化化图表展示

一、不同生态位植物乳杆菌（Lactiplantibacillus plantarum）比较基因组分析

1.研究背景

植物乳杆菌（Lactiplantibacillus plantarum）广泛存在于植物、乳制品、肉制品和胃肠道等环境中，具有益生功效。该研究旨在通过比较基因组分析，揭示不同生态位来源的植物乳杆菌的基因组特征差异，探索其生态适应性机制。

2.样本来源

分离菌株：采集324份样品（126份泡菜、32份发酵酱、166份人类粪便），分离获得114株植物乳杆菌，结合NCBI数据库19株参考菌株，共133株进行比较分析。

参考菌株：从NCBI数据库选取19株全基因组完整的植物乳杆菌参考菌株，来源涵盖酸菜、婴儿粪便、酿造环境、唾液、乳制品等，总计133株菌株进行分析。

3.分析内容

全基因组测序、基因组组装与注释、比较基因组分析、基因型与表型关联分析，重点探究核心基因与独特基因分布、系统发育关系、碳水化合物活性酶（CAZy）家族差异等。

4.关键结果与可视化展示

（1）基因分布特征

133株植物乳杆菌基因组大小为2.94-3.90Mb，基因数量2767-3650个，GC含量44.08%-46.55%。其中，粪便源菌株的基因组大小与基因数量变异范围更宽，提示其遗传多样性更高；参考菌株GC含量（44.08%-44.90%）整体低于分离菌株，可能与长期实验室培养驯化相关。

（2）核心基因与独特基因分布

从133株菌株中鉴定出1620个核心基因，这些基因是植物乳杆菌维持基本生命活动（如DNA复制、能量代谢、氨基酸合成）的关键，且核心基因数量高于其他乳酸菌（如乳球菌），解释了其对不同生态位的强适应性。同时，不同分离源菌株拥有丰富的独特基因：粪便源菌株平均独特基因数量最多，发酵酱源菌株最少，这些独特基因与菌株适应特定生态位（如肠道碳水化合物代谢、食品基质降解）密切相关。

133 株植物乳杆菌核心基因与独特基因分布

（3）系统发育关系

基于1620个核心基因序列构建的系统发育树显示：133株菌株分为A、B两大簇，A簇仅含6株菌株（粪便源与泡菜源混合），因菌株数量少未呈现明显生态位聚类；B簇含127株菌株，进一步分为B-1至B-6亚簇，其中泡菜源与发酵酱源菌株聚类明显（如8株发酵酱源菌株集中在B-1亚簇，8株泡菜源菌株集中在B-6亚簇）；粪便源菌株在B簇各亚簇中均有分布，无特定聚类模式，推测人类肠道中的植物乳杆菌可能来源于多样化的食物（如泡菜、发酵酱），经饮食摄入后适应肠道环境；参考菌株根据其来源分散在不同分支，如乳制品源参考菌株与食品源分离菌株聚类，婴儿粪便源参考菌株与成人粪便源分离菌株聚类，进一步验证生态位对菌株进化的影响。

基于 1620 个核心基因的植物乳杆菌系统发育树

（4）平均核苷酸一致性（ANI）分析

ANI是判断菌株是否为同一物种的核心指标（通常阈值96%），研究中泡菜源菌株间ANI值普遍＞99%（如重庆泡菜源8株菌株ANI值99.23%），发酵酱源菌株间 ANI值＞99%（如黑龙江发酵酱源菌株），表明同一食品来源菌株遗传相似度极高；泡菜源与发酵酱源菌株间ANI值98.85%-99.02%，低于同来源菌株但高于种水平阈值，提示两者虽为同一物种，但因长期适应不同食品基质（植物纤维vs蛋白质）产生遗传分化；A簇6株菌株与B簇127株菌株间最大ANI值仅95.23%，接近但低于96%阈值，推测A簇菌株可能为植物乳杆菌属内的独立亚种，需进一步实验验证。

133株植物乳杆菌ANI热图

（5）碳水化合物活性酶（CAZy）与碳水化合物利用关联

对114株分离菌株的碳水化合物活性酶（CAZy）进行预测，发现不同分离源菌株的CAZy家族分布存在明显差异（“F”粪便、“V”泡菜、“D”发酵酱）。例如，粪便来源菌株可能含有更多适应肠道碳水化合物代谢的CAZy酶，发酵食品来源菌株可能富集与食品基质降解相关的酶类，为植物乳杆菌的功能应用场景选择提供了直接依据。

不同来源植物乳杆菌CAZy家族基因数量统计

114 株植物乳杆菌碳水化合物利用热图

二、南极企鹅粪便来源琼脂降解菌（Flavobacterium faecale WV33ᵀ）比较基因组分析

1.研究背景

琼脂糖降解菌在食品工业、生物医药、环境治理等领域具有重要的应用价值，其产生的琼脂酶可用于琼脂糖的降解与转化。Agarolytic Flavobacterium faecale WV33T是一株具有琼脂糖降解功能的菌株，对其进行比较基因组分析，有助于深入了解其耐药性及琼脂糖降解机制，为该菌株的开发利用提供科学依据。

2.样本来源

目标菌株：F.faecale WV33ᵀ，分离自南极企鹅粪便，严格好氧、非运动性杆状菌，最适生长温度16℃，产橙色色素（玉米黄质）；

参考菌株：NCBI数据库选取26株黄杆菌属（Flavobacterium）模式菌株，来源涵盖淡水、海水、土壤、鱼体等，总计27株菌株进行比较分析。

3.核心分析内容

全基因组测序与组装、基因组注释、系统发育与ANI分析、功能基因验证。

4.关键结果与可视化展示：

（1）基因组基本特征

F.faecale WV33ᵀ基因组为单一环状染色体，大小4,621,116 bp，GC含量35.2%，含3984个编码DNA序列（CDS）、18个rRNA 基因（5S/16S/23S）及67个tRNA基因，基因密度885个/Mb。COG 功能分类显示，“碳水化合物运输与代谢”（183个CDS，7.1%）、“氨基酸运输与代谢”（170个 CDS，6.6%）、“细胞壁/膜/包膜生物发生”（260个CDS，10.1%）相关基因占比高，与菌株降解多糖、适应南极极端低温环境的功能需求相契合。

F. faecale WV33ᵀ基因组环状图

（2）菌株分类与亲缘关系

ANI分析显示，F. faecale WV33ᵀ与26株黄杆菌属模式菌株的ANI值为 0.66-0.91（ANIblastall 算法），均低于96%的种水平阈值，明确其为黄杆菌属中的独立新物种；系统发育树进一步表明，WV33ᵀ与南极企鹅粪便来源的Flavobacterium kingsejongi亲缘关系最近（分支距离最短），推测两者在极端低温环境（南极）中共同进化，形成相似的遗传适应特征（如低温适应基因）。

27 株黄杆菌属菌株 ANI 热图（ANIblastall 算法）

基于 90 个单拷贝基因的黄杆菌属系统发育树

（3）耐药性基因分析

通过基因组注释与ResFinder数据库比对，未发现F.faecale WV33ᵀ携带常见高风险耐药基因（如β-内酰胺类、氨基糖苷类、四环素类耐药基因），仅含1个低风险多重耐药外排泵基因（emrB），且该基因在黄杆菌属中普遍存在，无特殊耐药性。这一结果表明，WV33ᵀ在食品、生物医药领域应用时，不存在耐药基因水平转移的安全隐患，具备良好的应用安全性。

（4）琼脂糖降解机制解析

在WV33ᵀ基因组中鉴定出7个putative琼脂酶基因（agar.3、agar.162、agar.2965、agar.3018、agar.3061、agar.3068、agar.3154），均含完整开放阅读框与GH16家族功能结构域（琼脂酶核心结构域）。RT-qPCR分析显示，在以琼脂为唯一碳源的培养基中5个琼脂酶基因（agar.3、agar.2965、agar.3018、agar.3061、agar.3068）的表达量显著上调，其中agar.3061表达量最高（是葡萄糖组的14倍）；基因敲除实验进一步证实，agar.3018与 agar.3061敲除后，菌株琼脂糖降解活性下降70%-80%，而互补菌株可恢复活性，表明这两个基因为 WV33ᵀ琼脂糖降解的关键基因，为后续基因工程改造（如提高琼脂酶产量）提供明确靶点。

F.faecale WV33ᵀ琼脂酶基因表达与功能验证

（5）泛基因组分析

对27株黄杆菌属菌株进行泛基因组分析，结果显示：核心基因数量仅294个（占总基因簇的0.5%），随菌株数量增加核心基因数量快速下降并趋于稳定，表明黄杆菌属菌株间核心功能基因较少，遗传差异较大；泛基因组基因数量随菌株数量增加持续上升，无平台期，表明黄杆菌属为“开放泛基因组”，菌株间存在广泛的基因获得与丢失，可能通过水平基因转移、噬菌体整合等方式获取新基因，以适应不同生态环境；WV33ᵀ含2369个特有基因，其中包括4个琼脂酶基因与3个次级代谢产物基因簇，进一步体现其独特的功能潜力。

27株黄杆菌属菌株泛基因组与核心基因组分析

菌株比较基因组分析，首发于微基生物。

扩增子测序是指利用二代高通量测序、三代高通量测序等平台对土壤、水体、粪便、肠道内容物、唾液、皮肤等样本中的16S rRNA基因/18S rRNA基因/ITS/功能基因等进行检测，检测样本中微生物的种类和相对丰度。

检测项目：

• 16S rRNA基因测序: 16S rRNA基因为编码原核生物核糖体小亚基rRNA的DNA序列，主要进行细菌或古菌的多样性分析。
• 18S rRNA基因测序: 18S rDNA为编码真核生物核糖体小亚基rRNA的DNA序列，反映样品中真核生物之间的种类差异。
• ITS测序: 该类测序主要对环境微生物中的真菌多样性进行分析。
• 功能基因测序:根据客户的需求，对碳循环、氮循环等过程中起重要作用的功能基因进行测序。

检测平台：

• 二代高通量平台：Illumina、Ion PGM；
• 三代高通量平台：PacBio；
• 绝对定量：Real-Time PCR

检测结果展示：

截止到2017年年初微基生物已完成千余项微生物多样性分析项目，分析样本数万例。 研究对象涉及肠道、皮肤、生殖道、牙菌斑、粘膜、痰液、土壤、水体、发酵物、粪便等各类样本。

扩增子测序，首发于微基生物。

扩增子测序是指利用二代高通量测序、三代高通量测序等平台对土壤、水体、粪便、肠道内容物、唾液、皮肤等样本中的16S rRNA基因/18S rRNA基因/ITS/功能基因等进行检测，检测样本中微生物的种类信息和相对丰度。相对丰度反映的样本间每种微生物的相对含量，因此不能体现样本中物种的真实数量和组间样本的真实差异。qPCR绝对定量分析则是计算样本每种微生物的拷贝数，从而实现绝对定量。将高通量测序（相对丰度）与qPCR绝对定量（物种总数）结合分析，增加样品间的可比性，揭示生物量水平的种群结构和功能改变，能反映样本中物种的真实数量和组间样本的真实差异，是进行微生态研究的首选。

检测项目：

· 16S rRNA基因扩增子定量检测: 对样本中细菌或古菌的多样性和绝对含量进行分析。

· ITS扩增子定量检测: 对环境样本中真菌多样性和绝对含量进行分析。

· 功能基因扩增子定量检测:根据客户的需求，对碳循环、氮循环等过程中起重要功能作用的微生物进行高通量测序和qPCR绝对定量检测，得到物种多样性和绝对含量分析结果。

检测平台：

· 二代高通量平台：Illumina、BGI、 Ion PGM；

· 绝对定量：Real-Time PCR

文献解读：

标题：Quantitative microbiome profiling links gut community variation to microbial load

微生物绝对定量分析使将肠道菌群变化与微生物载量关联

Nature (IF:40.137)

对29例克罗恩病患者和健康人的样本进行高通量和绝对定量数据分析。同时进行流式细胞仪分析检测，克罗恩病患者粪便样品中的细胞数比健康对照组低3倍。在使用绝对定量数据（QMP）时，普雷沃菌属Prevotella才在克罗恩病患者中发现显著降低。与流式细胞仪分析检测结果一致。

克罗恩病的定量微生物组改变

相对定量和绝对定量微生物组分析

Vandeputte D, Kathagen G, D’hoe K, Vieira-Silva S, Valles-Colomer M, Sabino J, Wang J, Tito RY, De Commer L, Darzi Y, Vermeire S, Falony G, Raes J. Quantitative microbiome profiling links gut community variation to microbial load. Nature. 2017 Nov 23;551(7681):507-511. doi: 10.1038/nature24460. Epub 2017 Nov 15. PMID: 29143816.

扩增子定量检测，首发于微基生物。

技术路线：

部分结果展示：

微生物的多样性与相对丰度

eggNOG功能注释

KEGG代谢通路

文献解读

标题：Distinct composition and metabolic functions of human gut microbiota are associated with cachexia in lung cancer patients

肺癌患者肠道菌群的独特组成及代谢功能与恶病质有关

ISME Journal (IF:9.18)

主要结果：

在31名肺癌患者中，非恶病质与恶病质组（n=12）患者在肠道菌群组成、宏基因组功能通路和相关血浆代谢物方面存在显著差异。

恶病质患者血浆中支链氨基酸、甲基组胺和维生素存在显著消耗，相关肠道菌群功能通路的也存在损耗，恶病质患者肠道菌群的脂多糖生物合成能力显著升高。癌症恶病质引起的肠道菌群功能变化。非恶病质患者中支链氨基酸和3-氧代草酸的富集分别与肠道普氏杆菌和加氏乳杆菌正相关。

原文链接： https://www.nature.com/articles/s41396-021-00998-8

参考文献：Ni, Y., Lohinai, Z., Heshiki, Y. et al. Distinct composition and metabolic functions of human gut microbiota are associated with cachexia in lung cancer patients. ISME J (2021). https://doi.org/10.1038/s41396-021-00998-8

宏基因组，首发于微基生物。

细菌全基因组检测，是指通过基因组测序和组装获得细菌全基因组序列，并对其进行结构和功能研究的方法。全基因组测序包含微生物的全部遗传信息，相比16S除了分类信息外还有更多的基因信息及特定环境下富集的功能基因。

检测项目

扫描图：细菌扫描图（也称为草图）采用小片段建库，深度测序和初步的基因组组装策略，能够得到待测样本的基因组信息，性价比高，能满足细菌基因组研究基本需求。(点击查看详情)

完成图：细菌完成图综合利用二代三代测序技术，根据菌株具体信息进行基因组测序组装，最终可以得到无gap的完整基因组序列。(点击查看详情)

差异菌株分析：通过CARD，VFDB数据库比对分析，多位点序列分型MLST和核心基因组多位点序列分型cgMLST， 单核苷酸位点SNP分析，泛基因分析，系统进化分析等将菌株间的差异进行展示。(点击查看详情)

检测平台

· 二代高通量平台：Illumina、BGI、 Ion PGM；

· 三代高通量平台：PacBio；Nanopore

结果展示

生信分析流程图

KEGG通路数据库中MAPK Signaling Pathway例图

基因组圈图

文献解读

标题：Genome sequencing and analysis of Alcaligenes faecalis subsp. phenolicus MB207

粪产碱菌 phenolicus MB207 菌株全基因组测序和分析

Sci Rep (IF:4.122) 

主要结果：

菌株基因组圈图

菌株中抗药性相关的基因热图

基于核基因,泛基因产碱杆菌属进化关系

原文链接:https://www.ncbi.nlm.nih.gov/pmc/articles/PMC5827749/

参考文献:Basharat Z, Yasmin A, He T, Tong Y. Genome sequencing and analysis of Alcaligenes faecalis subsp. phenolicus MB207. Sci Rep. 2018;8(1):3616. Published 2018 Feb 26. doi:10.1038/s41598-018-21919-4

全基因组测序，首发于微基生物。