Microbiome|基于MAG的宏转录组
宏基因组和宏转录是微生态研究的两把利剑，为微生物群落的深入分析提供重要信息。宏基因组虽然能够揭示微生物的遗传信息，但往往无法反映其在特定环境下的实际状态；宏转录组学可以在RNA层面进行分析，很好的反映微生物当下的状态，但介于RNA的稳定性差，且物种注释与功能分析没有参考基因组，使得宏转录的应用受到了很大的限制。两者是否可以联合分析，达到相得益彰的效果呢？
为攻克这一研究障碍，凌恩生物特推出基于宏基因组组装基因组（MAG）的宏转录组分析，简单说，就是先通过宏基因组binning得到样本的MAG集，然后用宏转录数据评估MAGs的丰度，两者联合分析做到了既可以反映微生物真实的状态，又可以在微生物层面进行后续研究。来看两篇案例吧~
案例一《Microbiome》
宏基因组+宏转录组揭示揭示厌氧消化中的碳流和能量转换
厌氧消化是一种重要的工程生物技术，对有机废物的资源回收和可再生能源的生产起着关键作用，由于对未培养的厌氧菌及其适应环境变化的能力了解有限，限制了该技术的优化和生物气生产的可持续性。本文以是生物反应器的污泥样本为研究对象，通过三代宏基因组组装出132个高质量MAG，代表了大部分产甲烷群落。约80%的宏转录组reads可以比对到组装的MAGs，说明它们对厌氧菌群落中的活跃种群具有较好的代表性。在不同有机负荷条件下，观察到细菌和古菌类群之间的转录表达动态变化，表明基因表达动态模式与有机负荷浓度的关系。然后研究进行了代谢重建，连接了每个厌氧谱系与其碳代谢能力，揭示了整个厌氧微生物群落的多样化代谢潜能。研究进一步分析了厌氧微生物群的碳水化合物代谢、蛋白质水解和氨基酸降解、短链脂肪酸合养降解能力，揭示了厌氧消化过程中关键功能细菌的代谢机制，为理解碳转化提供了基础数据，并为优化厌氧废物处理策略和解决气候变化问题提供了见解。
图1 高质量MAGs系统发育基因组树
图2 代谢途径和功能系统的分布
案例二《Microbiome》
宏基因组+宏转录组 揭示厌氧氨氧化菌群对营养缺乏的响应与恢复
本研究通过宏基因组组装获得88个MAGs，根据宏转录组数据对丰度最高的前10个MAGs进行定量，得到微生物群落动力学和转录组表达情况。研究者比较四个时间点，参与厌氧氨氧化（anammox）过程的表达差异基因，在厌氧氨氧化基因组中，多个拷贝的营养转运蛋白被发现，这些蛋白有助于主要底物的转运，因此研究者进一步分析了厌氧氨氧化细菌中营养转运蛋白的转录活性。通过检查基于不同KEGG代谢途径的整个群落和个体的转录活性变化，探索了厌氧氨氧化菌群如何应对营养缺乏。
此外，本研究通过基于KEGG模块的转录本进行主坐标分析，研究厌氧氨氧化细菌与异养菌的转录恢复力。这种方法不仅揭示了厌氧氨氧化菌群在不同环境条件下的适应能力，也为理解其生态功能提供了重要的数据支持。
图3 在10个最丰富的MAGs中KEGG模块的转录活性
图4 肽酶、氨基酸和肽转运蛋白在不同时间点的转录活性
上海 凌恩
凌恩 生物新推出的MAG宏转录技术，不仅克服了传统方法在样本处理和数据分析上的局限，更为微生物生态学研究开辟了新的前景。通过这一创新结合，科学家们能够更深入地探索微生物世界，为人类健康与环境保护贡献更多智慧
参考文献
[1]Metatranscriptomics-guided genome-scale metabolic reconstruction reveals thecarbon fux and trophic interaction in methanogenic communities.Microbiome,2024.
[2]Response andresilience of anammox consortia to nutrient starvation.Microbiome,2022.