App MG-06 宏基因组变异率统计

随着人肠道微生物的数据的积累，从疾病和药物耐受性角度分析宏基因组内存在的变异具有重要科研与临床研究价值。例如，人肠道共生菌 Escherichia coli基因型改变将导致抗生素抵抗的临床表型，并且自然变异可导致病原体的适应性改变。高度依存的病原体可能由基因组少量变异导致不同的病原性潜能。目前研究表明基因组变异会产生宿主人在表型上有所区别，更需要个性化医疗与治疗手段采取的同时关注宏基因变异事件的存在。 


本方案利用现有原核生物基因组做参考基因组，分析每份样本的宏基因组NGS测序数据内存在基因组变异（SNP,Indel）与结构变异（Structure variance）。（1）分析群落内常见微生物基因组的直系同源基因与SNP密度的关系，分析具有高密度SNP的基因功能与生物通路注释；（2）为了估计微生物种群的自然选择性约束，在每份样本内每种微生物基因组内，计算非同义变异率与同义变异率之比（即pN/pS）；（3）计算遗传变异核酸多样性（nucleotide diversity π),以及π(N)/π(S)。（4）讨论测序深度与样本群体对多样性π(N)/π(S), pN/pS的影响。 

 

（5） 样本-微生物基因组pN/pS ratios比值热图趋势分析；分析肠道微生物宿主个体之间与个体内部微生物群落的多样性指标差异度；（6） 分析pN/pS ratios在指定微生物基因内的基因水平上的相对频度。（7）指定微生物内给定基因的显著高（或低）pN/pS对应核酸位置的测序覆盖度统计。 

 

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宏基因组（Metagenome） 

宏基因组（Metagenome）也称微生物环境基因组(Microbial Environmental Genome), 或元基因组。宏基因组学 (或元基因组学, metagenomics) 就是一种以环境样品中的微生物群体基因组为研究对象, 以功能基因筛选和/或测序分析为研究手段, 以微生物多样性、 种群结构、 进化关系、 功能活性、 相互协作关系及与环境之间的关系为研究目的的新的微生物研究方法。一般包括从环境样品中提取基因组 DNA, 进行高通量测序分析，或克隆DNA到合适的载体,导入宿主菌体,筛选目的转化子等工作。

特定生物种基因组研究使人们的认识单元实现了从单一基因到基因集合的转变，宏基因组研究将使人们摆脱物种界限，揭示更高更复杂层次上的生命运动规律。在目前基于大规模高通量测序技术发展的基础上，细菌宏基因组，甚至病毒宏基因组已成为研究和开发的主要对象。

系统学分析使研究者可以更有效地开发细菌基因资源，更深入地洞察细菌多样性。如环境宏基因组成为生物催化剂的新来源，而人体肠道宏基因组使得人类认识到疾病与宏基因组的相互作用关系和宿主受到宏基因组的病理性影响，研究者可开发靶向性的治疗方案。