全球首个大鼠肠道微生物参考基因集构建完成

 近日，由深圳华大生命科学研究院宏基因组学研究所、澳门科技大学中药质量研究国家重点实验室刘良讲座教授团队以及深圳国家基因库共同完成了全球首个斯泼累格-多雷（Sprague-Dawley，SD）大鼠肠道微生物参考基因集的构建工作，最新研究成果在线发表于国际著名出版集团Oxford acdemic旗下的GigaScience期刊。
SD大鼠是非常重要的实验动物模型，可用于研究与人类相关的生理和致病过程。因此，为了研究肠道菌群与类风湿性关节炎的潜在关系，以及药物干预对肠道菌群和类风湿性关节炎的动态影响，研究人员选取了49只SD大鼠，用完全弗氏佐剂诱导关节炎模型，并进行为期30天、5个时间点和7个实验组的药物干预实验。之后，研究人员基于BGISEQ-500平台，采用宏基因组鸟枪法测序技术，对5个时间点的大鼠粪便样本进行单末端测序(Single-end,SE100)测序，并挑选首尾两个时间点的大鼠粪便样本进行双末端测序（Paired-end,PE50）测序，共得到245个单端测序数据和98个双端测序数据，总计测序量 2,512Gb；通过对下机数据进行质量控制，去除大鼠的宿主序列，总计得到高质量测序数据2,223 Gb (SE100:1,689Gb, PE50:534Gb)。研究人员结合PE50+SE100混合组装策略，对首尾两个时间点，共98个样本的高质量测序数据进行迭代组装，最终得到22,932,515条scaffolds，平均每个样本得到234,005条scaffolds, 平均N50达到5,340 bp。
该团队基于组装数据进行基因预测，去除冗余基因序列，最终得到包含5,130,167个非冗余的SD大鼠肠道微生物参考基因集，约为大鼠自身基因的200倍，并且趋近于饱和。其中，64.6%的基因可注释到物种门水平，主要归属于厚壁菌门（75.90%）、拟杆菌门（10.83%）和变形杆菌门（6.77%）；26.7%的基因可注释到物种属水平，主要为梭菌属（8.74%）、拟杆菌属（6.25%）、罗斯氏菌属（4.75%）、瘤胃球菌属（4.44%）和毛螺菌属（2.58%）。同时在基因功能水平上，53.1%的基因可以注释到 KEGG数据库（Kyoto Encyclopedia of Genes and Genomes）。

此外，该团队还将人类、小鼠和大鼠肠道微生物参考基因集进行了比较分析，发现在大鼠肠道基因集与人肠道基因集的共有基因占比(2.47%)，高于小鼠肠道与人肠道基的共有基因占比(1.19%)；相对于基因，三者肠道菌群在功能上更为相似；同时，人肠道菌群KOs（93.65%）能够在大鼠肠道菌群中发现，同样高于小鼠肠道菌群（80.03%）。
“此项研究的结果表明，BGISEQ-500平台的宏基因组测序数据，展示出良好的组装表现；同时说明了大鼠适合作为研究人类疾病与肠道菌群之间关系的动物实验模型，能够为将来的研究提供重要的参考数据。”深圳华大生命科学研究院宏基因组学研究所该项目负责人郭锐进介绍，“在大鼠的肠道微生物基因集基础上，我们正与澳门科技大学中药质量研究国家重点实验室等多家合作单位一起，通过益生菌、中西药、饮食等手段干预大鼠肠道微生态，以在抗关节炎方法和分子机制上，开展更加深入的研究。”