宏基因组和宏蛋白组ppt课件
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宏基因组
个宏基因组，这需要进一步优化DNA的提取及克隆 方法。 高通量的有效筛选平台，目前从几万或几十万个 克隆中只能筛选到几个有活性的基因，这主要是 由于微生物多样性高，宏基因组比较复杂，以及 外源基因在宿主菌中的表达障碍等等。 宏基因组学研究主要集中于原核生物，对真菌等 真核生物研究较少，所构建多为DNA， cDNA较少。
医学领域
新感染性疾病的发现(例如临床存在很多不明原因 的发热病人．他们中是否有被不可培养微生物感 染的可能．值得深入探讨)； 正常人及某些疾病患者的肠道生境中微生物群体 多样性分析，以及与疾病的可能关系； 不可培养微生物耐药情况及其机制分析，以及在 耐药传播机制中的作用； 特殊微生物群体致病机制研究(例如生物膜的研究) 从微生物生境中发现有医学应用价值的生物活性 新物质
开拓天然产物新资源
2000年3月, Wang等人首erragigine A2E 和Norcardamine 。其中, Terragigine 类为首次从eDNA重组微生物产物中发现的新类型的化合物。
医学的领域
Breitbart等利用宏基因组方法分析了人粪便中不可培养 的病毒群体，发现该群体中包含1200个病毒基因型，对其 序列分析表明大多数是之前没有报道的 Wal了筛选，发现2个克隆是 来自不可培养微生物 Diaz—Torres等利用宏基因组学方法，对口腔细菌群体中 耐药基因进行了分析。结果证明用宏基因组学方法进行耐 药情况调查和研究是可行的 Gill等建立了人肠道微生物群的宏基因组，并对其代谢特 征进行了分析 Manichanh等利用宏基因组方法对比研究了正常人和节段 性回肠炎病人肠道微生物多样性，发现病人肠道微生物多 样性大大降低，尤其是硬壁菌门的细菌种类大大减少宿主的选择宏基因构建绝大多数采用cosmid、BAC或
医学领域
新感染性疾病的发现(例如临床存在很多不明原因 的发热病人．他们中是否有被不可培养微生物感 染的可能．值得深入探讨)； 正常人及某些疾病患者的肠道生境中微生物群体 多样性分析，以及与疾病的可能关系； 不可培养微生物耐药情况及其机制分析，以及在 耐药传播机制中的作用； 特殊微生物群体致病机制研究(例如生物膜的研究) 从微生物生境中发现有医学应用价值的生物活性 新物质
开拓天然产物新资源
2000年3月, Wang等人首erragigine A2E 和Norcardamine 。其中, Terragigine 类为首次从eDNA重组微生物产物中发现的新类型的化合物。
医学的领域
Breitbart等利用宏基因组方法分析了人粪便中不可培养 的病毒群体，发现该群体中包含1200个病毒基因型，对其 序列分析表明大多数是之前没有报道的 Wal了筛选，发现2个克隆是 来自不可培养微生物 Diaz—Torres等利用宏基因组学方法，对口腔细菌群体中 耐药基因进行了分析。结果证明用宏基因组学方法进行耐 药情况调查和研究是可行的 Gill等建立了人肠道微生物群的宏基因组，并对其代谢特 征进行了分析 Manichanh等利用宏基因组方法对比研究了正常人和节段 性回肠炎病人肠道微生物多样性，发现病人肠道微生物多 样性大大降低，尤其是硬壁菌门的细菌种类大大减少宿主的选择宏基因构建绝大多数采用cosmid、BAC或
宏基因组学的PPT
宏基因组学的PPT宏基因组学是通过收集宿主的粪便里的微生物、以及培养皿中的微生物，利用专业的宏基因组技术进行分析。
它能够获得宏基因组信息和相关序列，从而为疾病相关症状的诊断和治疗提供依据。
随着人类健康问题愈演愈烈，为了降低成本，并能通过生物技术进行治疗，研究人员开发了宏基因组学技术。
其通过收集环境中存在的特定细菌，来分析它们在土壤、水源或大气中的分布，以了解它们在整个生态系统中所扮演的角色。
宏基因组学（宏测序法）是一种对人体和环境进行科学评价（包括微生物菌群与疾病之间关系）的工具。
它是一种高通量方法来鉴定微生物群落或疾病（包括寄生虫病等),并用于进行疾病和环境健康状态跟踪和诊断。
虽然宏基因组学可以通过分析病原体来诊断疾病——但目前还没有针对特定微生物群落或某一种病原体开展研究。
1.目的宏基因组学通过收集宿主的粪便和排泄物，以及在培养皿或土壤中的特定微生物群落来检测微生物菌群。
它们在宿主的整个生命周期中都是重要的，并且是许多宿主健康相关问题发生和治疗的潜在因素之一。
通过对宿主宏基因组学数据进行统计分析，可以更好地了解宿主微生物多样性与环境健康状况之间的关系；进而有助于了解宿主肠道微生物及其他微生物群落对人体健康所发挥作用；同时也有助于了解特定微生物群落与其健康状况之间的关系。
此外，还可以通过研究宿主体内微生物种群之间互相作用机制，从而更好地理解宿主微生物群落结构及疾病发生背后原因。
这为人类健康提供了新的见解。
在环境方面，宏基因组学可以从宿主微生物群落中发现与生态系统结构相关、通过检测宿主体内微生物群落来揭示生命现象本质和机制；还可以通过感染或死亡微生物群落以及与宿主相互交互作用规律来揭示微生物群落与疾病发生之间关系：同时宏基因组学还可以为相关研究人员提供研究资源、为治疗提供科学依据。
此外，宏基因组学还能为环境健康状态跟踪和诊断提供参考——为了解环境健康状态和健康风险提供科学依据。
2.方法原理在了解宿主肠道中的微生物群落的组成之后，宏基因组学可以分析宿主的粪便样本。
宏基因组二代测序技术在血液病患者感染病原诊断中的应用中国专家共识(2023年版)解读PPT课件
mNGS技术与其他检测方法的比 较和选择：共识认为，mNGS技 术虽然具有诸多优点，但也存在 一定的局限性和不足，如假阳性 率较高、无法准确定量等。因此 ，在实际应用中，应根据患者的 具体情况和实验室条件等因素， 综合考虑选择最合适的检测方法 。
未来研究方向和展望
mNGS技术的进一步优化和改进
共识提出，未来应继续加强mNGS技术的研发和优化工作，提高检测的准确性、特异 性和灵敏度等性能指标。
02
宏基因组二代测序技术概述
技术原理及流程
原理
宏基因组二代测序技术（mNGS）通过 对临床样本中的微生物群落进行无偏倚 的高通量测序，能够快速、全面地检测 样本中的微生物组成，包括细菌、真菌 、病毒等。该技术不依赖于传统的微生 物培养方法，能够直接对临床样本中的 微生物DNA/RNA进行测序分析。
3
分子生物学方法
虽然具有较高的灵敏度和特异性，但操作复杂， 成本较高。
宏基因组二代测序技术的应用前景
01
高通量测序
可时检测多种病原微生物，提 高检测效率。
03
精准诊断
通过对测序数据的分析，可准确 鉴定病原菌种类及其丰度，为临
床精准治疗提供依据。
02
无偏性检测
不依赖于已知微生物基因组信息 ，可发现新的或未知的病原微生
物。
04
个性化治疗
针对不同患者的感染病原谱和药 物敏感性，制定个性化的治疗方
案，提高治疗效果。
04
宏基因组二代测序技术在血液 病患者感染病原诊断中的应用
样本采集、处理与质量控制
样本采集
根据感染部位和病原体特性选择 合适的样本类型，如血液、脑脊 液、尿液等，确保样本具有代表 性且不受污染。
宏基因组和宏蛋白组ppt课件
6
环境微生物群落多样性分析测序区域
7
Shannon Ra 曲 线
物 种 累 曲 线
8
环境微生物群落多样性分析测序
9
环境微生物群落多样性分析测序
10
环境微生物群落多样性分析测序
11
环境微生物群落多样性分析测序的研究特性
• 有效的对微生物群落进行分类，物种组成以及进化关系的 分析。
15
本文通过宏蛋白组学方法，揭示了贫 瘠土壤与肥沃土壤中微生物种群的不 同生物学功能： 1. 种群结构趋向一致 2. 贫瘠土壤中基因功能偏向于C源和N
源的固定 3. 肥沃土壤基因功能偏向于对腐殖质
的分解利用
作者认为宏蛋白组学能够有效 的揭示不同环境下土壤微生物 群落功能的异质性，不同的生 化趋势，不同的生物地理特征
17
本文作者追踪研究了执行不同海 域任务军舰的壳体水线的生物膜 中的微生物群落物种丰度及功能 特性，阐述了微生物群落在不同 的物理、化学、地理和季节因素 下的变化和特性； 研究方式整合了宏基因组分析和 宏蛋白组分析的研究方案，为 meta-omics研究模式提供了很好 的范例。
18
宏蛋白组的研究现状
(1)可以捕捉新的功能基因和代谢途径； (2)鉴定与特异胁迫有关的蛋白。蛋白质组学联合宏基因组数据可以更好地揭示环境群落分类多样 性、功能多样性和生物过程。
目前成熟的蛋白组研究手段为宏蛋白组研究提供了可靠的工具 • 2DGE-LC-MS • 2DLC-MS • Itraq • Labelfree
14
• 无需培养分离菌群：
直接从环境样本中扩增核糖体rDNA高变区进行测序，解决了 大部分菌株不可培养的难题。
• 客观还原菌群结构：
专业、成熟、稳定的样本制备流程，严格控制PCR循环数， 客观还原样品本身的菌群结构及丰度比例。
环境微生物群落多样性分析测序区域
7
Shannon Ra 曲 线
物 种 累 曲 线
8
环境微生物群落多样性分析测序
9
环境微生物群落多样性分析测序
10
环境微生物群落多样性分析测序
11
环境微生物群落多样性分析测序的研究特性
• 有效的对微生物群落进行分类，物种组成以及进化关系的 分析。
15
本文通过宏蛋白组学方法，揭示了贫 瘠土壤与肥沃土壤中微生物种群的不 同生物学功能： 1. 种群结构趋向一致 2. 贫瘠土壤中基因功能偏向于C源和N
源的固定 3. 肥沃土壤基因功能偏向于对腐殖质
的分解利用
作者认为宏蛋白组学能够有效 的揭示不同环境下土壤微生物 群落功能的异质性，不同的生 化趋势，不同的生物地理特征
17
本文作者追踪研究了执行不同海 域任务军舰的壳体水线的生物膜 中的微生物群落物种丰度及功能 特性，阐述了微生物群落在不同 的物理、化学、地理和季节因素 下的变化和特性； 研究方式整合了宏基因组分析和 宏蛋白组分析的研究方案，为 meta-omics研究模式提供了很好 的范例。
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宏蛋白组的研究现状
(1)可以捕捉新的功能基因和代谢途径； (2)鉴定与特异胁迫有关的蛋白。蛋白质组学联合宏基因组数据可以更好地揭示环境群落分类多样 性、功能多样性和生物过程。
目前成熟的蛋白组研究手段为宏蛋白组研究提供了可靠的工具 • 2DGE-LC-MS • 2DLC-MS • Itraq • Labelfree
14
• 无需培养分离菌群：
直接从环境样本中扩增核糖体rDNA高变区进行测序，解决了 大部分菌株不可培养的难题。
• 客观还原菌群结构：
专业、成熟、稳定的样本制备流程，严格控制PCR循环数， 客观还原样品本身的菌群结构及丰度比例。
宏基因组-PPT
Cloning vectors Size of inser segments Vector structure Expresslion hosts
Escherchia coli Escherchia coli Escherchia coli Escherchia coli Escherchia coli Saccharomyces
2.环境保护和污染修复
挖掘降解基因和功能菌株，进行生物修复 获取任何序列的基因或功能，由此合成新物质或发 现新的生物物种。 发掘极端环境为生物的新物种，了解其耐受机制， 帮助极端环境的污染修复。 从宏基因组中分离的重要基因元件组编成具有其他 活性成分、或可降解污染物功能的基因簇，以替代 原有不易降解化合物，或直接降解环境中石油烃、 有害有害化合物、重金属。
（1）基于序列的筛选方法
②.焦磷酸测序( Pyrosequencing)
焦磷酸测序技术是在焦磷酸盐测序法的基础 上结合一种乳胶材料和皮升级反应孔，将基因组 DNA 进行随机切割，批量地进行整个测序反应， 能够在相同的时间内破译 6×106组以上的基因组 序列，比 Sanger法要快100倍，提高了测序的效 率。
底物诱导基因 表达法SIGEX screening
1.样品中DNA的提取和富集
采用合适的方法，既要尽可能地完全抽提出 环境样品中的DNA，又要保持较大的片段以 获得完整的目的基因或基因簇。所以提取原 则是在最大提取量和最小剪切力之间折中 常用的提取方法有直接裂解法和间接提取法 (细胞提取法)
3.开拓天然产物新资源
2000年8月, Brady和 Clardy等人构建了一 个含有约7000000个5个, 并从 其中一个克隆发酵物 中分离出一系列具有 抗菌活性的长链N2酰 基酪氨酸类新化合物 1213
Escherchia coli Escherchia coli Escherchia coli Escherchia coli Escherchia coli Saccharomyces
2.环境保护和污染修复
挖掘降解基因和功能菌株，进行生物修复 获取任何序列的基因或功能，由此合成新物质或发 现新的生物物种。 发掘极端环境为生物的新物种，了解其耐受机制， 帮助极端环境的污染修复。 从宏基因组中分离的重要基因元件组编成具有其他 活性成分、或可降解污染物功能的基因簇，以替代 原有不易降解化合物，或直接降解环境中石油烃、 有害有害化合物、重金属。
（1）基于序列的筛选方法
②.焦磷酸测序( Pyrosequencing)
焦磷酸测序技术是在焦磷酸盐测序法的基础 上结合一种乳胶材料和皮升级反应孔，将基因组 DNA 进行随机切割，批量地进行整个测序反应， 能够在相同的时间内破译 6×106组以上的基因组 序列，比 Sanger法要快100倍，提高了测序的效 率。
底物诱导基因 表达法SIGEX screening
1.样品中DNA的提取和富集
采用合适的方法，既要尽可能地完全抽提出 环境样品中的DNA，又要保持较大的片段以 获得完整的目的基因或基因簇。所以提取原 则是在最大提取量和最小剪切力之间折中 常用的提取方法有直接裂解法和间接提取法 (细胞提取法)
3.开拓天然产物新资源
2000年8月, Brady和 Clardy等人构建了一 个含有约7000000个5个, 并从 其中一个克隆发酵物 中分离出一系列具有 抗菌活性的长链N2酰 基酪氨酸类新化合物 1213
宏基因组,宏转录组,代谢组,蛋白组
宏基因组,宏转录组,代谢组,蛋白组宏基因组、宏转录组、代谢组和蛋白组是当前生物大数据研究领域中的热门话题，它们分别代表了生物学研究在不同层面上的探索和解析。
本文将围绕这四个主题展开深入探讨，并从简到繁，由浅入深地介绍它们的概念、研究方法和意义，帮助你更全面、深刻地理解这些关键词。
1. 宏基因组宏基因组是一种研究生态系统中不同生物种类基因组的方法。
它通过对不同生物群体中的基因组进行大规模的测序和比较分析，来了解它们在生态系统中的功能和相互作用。
宏基因组的研究范围涵盖了微生物、植物和动物等广泛的生物群体，为我们揭示了整个生态系统的多样性和稳定性。
在实际应用中，宏基因组的研究可以帮助我们更好地理解生态系统中的物种组成、功能特征和生态学意义，为环境保护和资源利用提供科学依据。
2. 宏转录组宏转录组是研究生物体内所有基因的转录活动的方法。
通过宏转录组技术，我们可以全面了解细胞内转录的全貌，包括RNA的种类、丰度和转录调控。
宏转录组的研究不仅可以帮助我们发现新的非编码RNA，还可以解析细胞在不同生理状态下的转录调控网络，为疾病诊断和药物研发提供重要依据。
宏转录组的研究也对生态系统的功能和动态过程有着重要的启示，有助于揭示生物体对外界环境变化的适应机制和调控策略。
3. 代谢组代谢组是针对生物体内所有代谢物的研究。
通过代谢组学技术，可以全面解析生物体内代谢物的种类、丰度和相互关系，从而揭示生物体在不同生理状态下的代谢活动和代谢调控网络。
代谢组的研究对于疾病诊断、药物研发和个体化治疗具有重要意义。
代谢组学也为植物代谢工程和微生物发酵工艺的优化提供了重要的信息和方法支持。
4. 蛋白组蛋白组学是研究生物体内所有蛋白质的研究。
通过蛋白组学技术，我们可以全面了解生物体内蛋白质的种类、结构和功能，从而揭示蛋白质在生物体内的相互作用和调控网络。
蛋白组学的研究对于疾病诊断、药物研发和蛋白质工程具有重要意义。
蛋白组学也为生物体内信号转导通路和代谢途径的解析提供了关键信息和技术手段。
基因组学与蛋白质组学 ppt课件
genome project,HGP)。这项人类生命科学史上最伟大
的工程，第一次系统、全面地解读和研究人类遗传物质
DNA，它不仅具有重大的理论意义，而且对国计民生特
别是生物医学的发展更具有重大的现实意义和深远的历
史意义。
ppt课件
7
三、人类基因组计划
1985年5月，美国能源部提出“人类基因组计
划”(human genome project,HGP)草案；经过一番
ppt课件
11
3.进展
随着工作的开展和私有企业压力的加大，时间表 在不断提前，例如，原定2005年完成的序列图谱已 被两次提前至2001年。
（迄止2004.5.26，已完成了9条染色体的测序和分
析；最近完成了第9号和10号染色体图谱的绘制工
作，认为癌症、糖尿病和阿耳茨海默氏症与这两条
染色体有关。）
20
DNA
hnRNA
e
i
转录
splicing
mRNA
翻译 蛋白质
ppt课件
21
“我们之所以同苍蝇和线虫不同，是由于我 们的蛋白质要复杂得多。我们额外的基因并 没有翻译出许多新的蛋白质种类。然而，它 们用新的方法重构了古老蛋白质的一些不同 的部位……(蛋白质后修饰)；
使我们成为人类的是那些在生命的不同时 期控制基因开启和关闭的复杂内在机制。”
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“产生一个爱因斯坦只需比线虫多了约一 万二千个基因（实际只多500-5,500），或 是比果蝇多了一万七个左右的基因（实际 只多6,400-11,400） 。”
生物体的复杂度为什么并没有与其基因 数量之间建立必然的联系呢？其原因可能 是：
ppt课件
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[课件]基因组学、蛋白质组学、代谢组学PPT
![[课件]基因组学、蛋白质组学、代谢组学PPT](https://img.taocdn.com/s3/m/81d5cc345f0e7cd1842536e2.png)
基因组学、蛋白质 组学、代谢组学
目录
1
基因组学
2
蛋白质组学
3
代谢组学
1.基因组学
基本概念
研究历史
前遗传 学时代 1900 年 以前 分子生 物学时 代 19501990年 后基因 组学时 代 2001 年以后
1859年，达 尔文—自然 选择学说 1865年，孟 德尔—分离 规律、独立 分配原则
地利用微生物降解环境污染物；
在农业，利用代谢组学技术能更快地寻找植物的功能基因，
了解植物与环境的互作过程，加快农作物品质改良的进程； 在食品方面，还能用于食品的质量和营养价值的评价，因 为食品的质量如表观、风味和气味、货架期，以及营养价值 如维生素含量、抗氧化性和营养成分等都是食品中所由代谢
产物共同决定的；
置上。
研究分支—结构基因组学
根据使用的遗传标志和分析方法不同，初期的基因组作图有四张:一是计
算连锁的遗传标记之间的重组频率，确定它们之间相对距离（一般用厘摩 cM
来表示）的遗传图；二是确定遗传标记之间物理距离的物理图；三是以表达序 列标签为位标绘制的转录图；四是基因组核苷酸序列图。
研究分支
2.功能基因组学
社会经济、生物进化、伦理、法律等众多领域。尤其在人类 疾病基因的研究方面，显现和发挥着十分重要的作用。 疾病的遗传学基础。 致病基因及相关基因的克隆在基因组学研究占据着核 心位置。 对疾病的预防、诊断、治疗等有重要意义。 人类基因组计划的直接动因是解决包括肿瘤在内的人 类疾病的遗传学基础问题。
研究分支
研究内容
代谢物靶标 分析
针对某一种或 某几种代谢物。 例如，为了研 究某基因被改 造后的主要影 响，研究可以 限制为该基因 编码的蛋白所 作用的特定底 物或者作用产 生的直接产物。
目录
1
基因组学
2
蛋白质组学
3
代谢组学
1.基因组学
基本概念
研究历史
前遗传 学时代 1900 年 以前 分子生 物学时 代 19501990年 后基因 组学时 代 2001 年以后
1859年，达 尔文—自然 选择学说 1865年，孟 德尔—分离 规律、独立 分配原则
地利用微生物降解环境污染物；
在农业，利用代谢组学技术能更快地寻找植物的功能基因，
了解植物与环境的互作过程，加快农作物品质改良的进程； 在食品方面，还能用于食品的质量和营养价值的评价，因 为食品的质量如表观、风味和气味、货架期，以及营养价值 如维生素含量、抗氧化性和营养成分等都是食品中所由代谢
产物共同决定的；
置上。
研究分支—结构基因组学
根据使用的遗传标志和分析方法不同，初期的基因组作图有四张:一是计
算连锁的遗传标记之间的重组频率，确定它们之间相对距离（一般用厘摩 cM
来表示）的遗传图；二是确定遗传标记之间物理距离的物理图；三是以表达序 列标签为位标绘制的转录图；四是基因组核苷酸序列图。
研究分支
2.功能基因组学
社会经济、生物进化、伦理、法律等众多领域。尤其在人类 疾病基因的研究方面，显现和发挥着十分重要的作用。 疾病的遗传学基础。 致病基因及相关基因的克隆在基因组学研究占据着核 心位置。 对疾病的预防、诊断、治疗等有重要意义。 人类基因组计划的直接动因是解决包括肿瘤在内的人 类疾病的遗传学基础问题。
研究分支
研究内容
代谢物靶标 分析
针对某一种或 某几种代谢物。 例如，为了研 究某基因被改 造后的主要影 响，研究可以 限制为该基因 编码的蛋白所 作用的特定底 物或者作用产 生的直接产物。
人类基因组计划与蛋白质组学ppt课件
ppt课件.
15
在已有的正常人脑蛋白质组数据库中， 400个蛋白斑点属于180种蛋白质。这些蛋白
都是细胞质膜蛋白或线粒体蛋白。在老年痴 呆症患者的大脑组织中，75种蛋白质的表达 水平上升，35种下降，9种特异性表达。精神 分裂症患者的大脑组织中，8种蛋白质的表达 水平上升，8种下降。镇静剂结合抑制蛋白在 上述两类患者的大脑中的表达水平下降。
ppt课件.
16
生殖系统的疾病，如卵泡不着床、流产、 不育、子宫内膜炎等，不是由于遗传变异 而是由于蛋白质表达、定位发生了差错， 许多分子水平的变化依赖于关键蛋白的翻 译后修饰。因此，蛋白质组学也使用于生 殖系统的疾病。目前对生殖细胞发生、受 精、胚胎发育及子宫内膜的初步研究已经 取得了一些成果。
ppt课件.
8
在化学诱导的大鼠肝癌模型中，肝癌细胞 表达一个醛糖还原酶样蛋白，分子量为35kDa， 等电点为7.4。而正常肝脏细胞和其它正常组织 中醛糖还原酶分子量为37kDa，等电点为6.8。 免疫组织化学研究发现，在癌前期和肝癌早期 阶段，病变细胞已经开始高水平地表达醛糖还 原酶样蛋白。
ppt课件.
ppt课件.
17
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人类基因组计划与蛋白质组学
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1
一、 人类基因组计划 二、 基因组学之后的蛋白质组学 三、 蛋白质组学与人类疾病研究
ppt课件.
2
1.基因组（genome）：指一个细胞单倍 型所包含的全部遗传信息，即DNA或 RNA编码的遗传信息。
2. 课题的提出
3. 参与该课题的国家
4. 完成情况
5. 课题结束后一些主要遗留问题。
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基因组学与蛋白质组学 PPT课件
❖就是对基因组序列进行诠释的过程，也 就是功能基因组学的研究内容。
精选2021最新课件
46
功能基因组学 （functional genomics）
根据结构基因组学的研究结果，所提供 的基因结构相关信息，采用分子生物学、 生物化学和生物信息学的理论和技术，全 面、系统地研究基因组中所以基因功能的 学科。
既包括可转录序列，也包括非转录序列，是转录序 列、调节序列和功能未知序列的总和。
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38
（二）结构基因组研究常用的方法
1. 脉冲场琼脂糖凝胶电泳； 2. 毛细管电泳； 3. 基因芯片技术； 4. 全基因组随即测序 。
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39
Fishing in a More Effective Way!
物种完成年份总长度mp已完成总长的百分数占常染色质百分数mb基因数mb酵母19961293100483线虫19989699100197果蝇20001166497117拟南芥200011592100221人类第21染色体2000347510077人类第22染色体199934709716人类全基因组publicsequence20012693849012人类全基因组celerasequence2001265483999315基本完成dna序列分析的真核生物基因组比较反义rnaantisenserna技术小小结转录组学蛋白质组学基因组基因组学转录组蛋白质组基因组结构基因组学功能基因组学比较基因组学hgp物理制图遗传制图基因组dna序列测定鉴定注释基因描述基因表达模式分析基因功能转录组分析蛋白质组分析基因组学基因病疾病相关基因的鉴定肿瘤病因学流行病病因学环境与疾病药物分析和设计单基因病获得性基因病多基因病检测人类基因变异或突变染色体制图定位及疾病相关基因克隆疾病时基因组差异表达分析已知与未知基因的比较正常与肿瘤基因组比较基因组基因功能分类与疾病关系探索了解环境对人类疾病的影响和意义第二节蛋白质组学genomics蛋白组proteome蛋白质组是指一种生物体产生的全部蛋白质
精选2021最新课件
46
功能基因组学 （functional genomics）
根据结构基因组学的研究结果，所提供 的基因结构相关信息，采用分子生物学、 生物化学和生物信息学的理论和技术，全 面、系统地研究基因组中所以基因功能的 学科。
既包括可转录序列，也包括非转录序列，是转录序 列、调节序列和功能未知序列的总和。
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（二）结构基因组研究常用的方法
1. 脉冲场琼脂糖凝胶电泳； 2. 毛细管电泳； 3. 基因芯片技术； 4. 全基因组随即测序 。
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Fishing in a More Effective Way!
物种完成年份总长度mp已完成总长的百分数占常染色质百分数mb基因数mb酵母19961293100483线虫19989699100197果蝇20001166497117拟南芥200011592100221人类第21染色体2000347510077人类第22染色体199934709716人类全基因组publicsequence20012693849012人类全基因组celerasequence2001265483999315基本完成dna序列分析的真核生物基因组比较反义rnaantisenserna技术小小结转录组学蛋白质组学基因组基因组学转录组蛋白质组基因组结构基因组学功能基因组学比较基因组学hgp物理制图遗传制图基因组dna序列测定鉴定注释基因描述基因表达模式分析基因功能转录组分析蛋白质组分析基因组学基因病疾病相关基因的鉴定肿瘤病因学流行病病因学环境与疾病药物分析和设计单基因病获得性基因病多基因病检测人类基因变异或突变染色体制图定位及疾病相关基因克隆疾病时基因组差异表达分析已知与未知基因的比较正常与肿瘤基因组比较基因组基因功能分类与疾病关系探索了解环境对人类疾病的影响和意义第二节蛋白质组学genomics蛋白组proteome蛋白质组是指一种生物体产生的全部蛋白质
宏基因组二代测序技术在血液病患者感染病原诊断中的应用中国专家共识(2023年版)解读PPT课件
THANKS
感谢观看
结果解读
结合患者临床信息、实验室检查结果等，对分析结果进行综合解读 和判断，明确感染病原体的种类和药物敏感性等。
结果报告与临床应用建议
结果报告
将分析结果以清晰、简洁性等信 息。
临床应用建议
根据分析结果和患者具体情况，为临床医生提供个性化的治疗建议和用药指导，以促进患者康复。同 时，也应注意到宏基因组二代测序技术的局限性和潜在风险，避免过度依赖该技术而忽视其他临床信 息。
高特异性
该技术能够同时检测多种病原体，包括细菌 、病毒、真菌等，提高了检测的特异性。
宏基因组二代测序技术的优势与挑战
• 快速诊断：相比传统方法，宏基 因组二代测序技术能够在短时间 内完成检测，满足临床快速诊断 的需求。
宏基因组二代测序技术的优势与挑战
数据解读
宏基因组二代测序技术产生的数 据量巨大，如何准确、快速地解 读数据是面临的主要挑战。
mNGS技术需要结合传统微生物学方法进行综合诊断
虽然mNGS技术具有很多优势，但仍然需要结合传统微生物学方法进行综合诊断，以 避免漏检和误检的情况发生。
对未来发展的期待和展望
期待mNGS技术在血液病患者感染病原诊断中实现更广泛 …
随着技术的不断发展和成本的降低，我们期待mNGS技术能够在血液病患者感染病原 诊断中实现更广泛的应用，为更多的患者提供准确、快速的诊断服务。
宏基因组二代测序技术在血液病患者感染病原诊断 中的应用中国专家共识（2023年版）解读
汇报人：xxx 2024-01-03
目 录
• 引言 • 宏基因组二代测序技术概述 • 血液病患者感染病原诊断现状及挑战 • 宏基因组二代测序技术在血液病感染病原诊断
中的应用策略 • 中国专家共识解读及实践指导 • 总结与展望
宏基因组的构建及应用ppt课件
ppt课件
16
2 化合物结构水平的筛选
化合物结构水平的筛选(Screening on compound structure) 是根据不同结构的物质在色谱中有不同的吸收峰值，通过 比较转入和未转入外源基因的宿主细胞或发酵液抽提物的 色谱图，筛选产生新结构化合物的克隆子。 这一方法可直接筛选到新结构化合物，但不一定有生物活 性，且工作量大、成本高。
在水体中的应用： 海洋蕴涵着非常丰富的微生物资源，目前已应用宏基因组 技术研究了多种海洋次生代谢产物合成途径，其中最为经 典的是研究海洋聚酮类和非核糖体肽类的生物合成基因簇。
ppt课件 22
2 、在新型生物催化剂中的应用
新型催化剂主要是酶。传统的新型酶的筛选方法限 制了筛选的广泛性和有效性。宏基因组学则克服了 这一限制，有效地提高了新酶的筛选效率。 现已发现了抗生素及维生素生物合成相关基因簇的 克隆，以及水解酶类和氧化还原酶类编码的基因。 宏基因组技术通过对环境的直接克隆，为研究和利 用占微生物99％以上的非培养微生物提供了新的途 径，为微生物的研究和发展提供了全新的策略。
11
选择合适的载体系统，应考虑以下因素 : 所提DNA的质量及研究目的，包括欲插入目的片 段的大小、所需要的载体拷贝数、使用的宿主以及 筛选方法等。 如对腐殖质含量较的单基因或小操纵子。而对于含较大基因簇 或大片段的DNA样品则适宜径或能够表征环境中未培养微生物基因组的 较大基因片段。
ppt课件 12
2、宿主系统选择
宿主菌株的选择主要考虑： 转化效率，重组载体在宿主细胞中的稳定性，宿主能 否为相关功能基因提供必需的转录表达体系，对异源 表达基因产物提供必需的转录表达体系，对异源表达 基因产物是否有较强的相容性，以及目标性状(如抗菌 性)及缺陷型等因素。 研究表明，不同微生物种类所产生的活性物质有明显 差异，不同的研究目标应选择不同的宿主菌株。鉴于 7O% 的抗生素来源于放线菌的事实，若以寻找抗菌、 抗肿瘤活性物质为目标，选择链霉菌为宿主较理想； 而筛选新的酶则采用大肠杆菌为宜。
第2章基因组与蛋白质组课件
二、DNA病毒
（二）几种典型的DNA病毒 1.SV40病毒基因组 2.腺病毒基因组 3.乙型肝炎病毒基因组
themegallery
二、DNA病毒
1.SV40病毒基因组 SV40也称猿猴病毒40（simian virus 40，
SV40） 基因组为双链环状DNA，由5243bp组成 基因组复制依赖于宿主细胞的酶类而完成 基因组中含有早期转录基因和晚期转录基因
▪如：乳糖操纵子（lac operon）、阿拉伯糖操纵子（ara operon）及色氨酸操纵子（trp operon）。
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(三)原核生物的结构基因
1.定义 基因中编码RNA或蛋白质的DNA序列称为 结构基因。 结构基因中没有内含子，基因是连续的， RNA被合成后不需要经过剪接加工。
位于细胞中央的核区，无核膜将其与细胞质隔开， 但能在蛋白质的协助下，以一定的组织形式盘曲、 折叠包装，形成类核，也称拟核。
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※ （二）原核生物的操纵子结构
▪ ※操1纵、子定结义构是原核生物基因组的功能单位 ▪ 原核生物的结构基因大多数按功能相关性成簇地串
联排列于染色体上。结构基因连同其上游的调控区 （包括调节基因、启动基因和操纵基因）以及下游的 转录终止信号，共同组成了一个基因表达单位，即操 纵子（operon）。
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(三)原核生物的结构基因
▪ 2.特点 （1）单拷贝，连续排列，多顺反子结构 （2）基因的编码顺序一般不重叠 （3）存在重复序列,多为反向重复序列
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▪ 多顺反子 :多个结构基因共用一个启动子和一个终 止子，经过转录共同生成一个mRNA分子，这个 mRNA分子带有几种蛋白质的遗传信息。可以编 码几种不同的、但多为功能相关的蛋白质。
高通量宏基因组测序技术检测病原微生物的临床应用规范化专家共识ppt课件
推动跨学科合作
鼓励微生物学、遗传学、临床医学等相关领域的专家加强跨学科合作， 共同推动高通量宏基因组测序技术在病原微生物检测中的临床应用和研 究进展。
THANKS FOR WATCHING
感谢您的观看
样本质量
01
样本采集和处理环节对测序结果至关重要，需要严格
控制样本质量，避免污染和误差。
数据分析
02 高通量测序产生的数据量庞大，需要建立完善的数据
分析流程和标准，确保结果的准确性和可靠性。
技术更新
03
随着测序技术的不断发展和进步，需要保持对新技术
的关注和应用，不断提高检测水平和效率。
06 总结和展望
02 高通量宏基因组测序技术 在实验室的应用
样本收集和处理
样本选择
选择适当的临床样本，如血液、 尿液、呼吸道分泌物等，根据患 者的症状和疑似病原体进行针对
性收集。
样本处理
对收集到的样本进行适当的处理 ，如离心、过滤等，以去除杂质
和富集病原微生物。
核酸提取
采用合适的核酸提取方法，如磁 珠法、柱层析法等，提取样本中
未来高通量宏基因组测序技术在病原微生物检测中的潜力 和前景
技术迭代升级
随着技术的不断发展，未来高通量宏基 因组测序技术的检测精度、效率和成本 等方面将持续优化，为病原微生物检测 提供更加可靠的技术支持。
VS
多组学联合分析
宏基因组测序技术可以与其他组学技术（ 如代谢组学、蛋白质组学等）进行联合分 析，深入挖掘病原微生物与宿主之间的相 互作用机制，为临床诊断和治疗提供更加 全面的信息。
05 案例分析和经验教训
案例介绍
案例背景
01
介绍某疫情的情况，包括疫情规模、影响范围、病原微生物特
鼓励微生物学、遗传学、临床医学等相关领域的专家加强跨学科合作， 共同推动高通量宏基因组测序技术在病原微生物检测中的临床应用和研 究进展。
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样本质量
01
样本采集和处理环节对测序结果至关重要，需要严格
控制样本质量，避免污染和误差。
数据分析
02 高通量测序产生的数据量庞大，需要建立完善的数据
分析流程和标准，确保结果的准确性和可靠性。
技术更新
03
随着测序技术的不断发展和进步，需要保持对新技术
的关注和应用，不断提高检测水平和效率。
06 总结和展望
02 高通量宏基因组测序技术 在实验室的应用
样本收集和处理
样本选择
选择适当的临床样本，如血液、 尿液、呼吸道分泌物等，根据患 者的症状和疑似病原体进行针对
性收集。
样本处理
对收集到的样本进行适当的处理 ，如离心、过滤等，以去除杂质
和富集病原微生物。
核酸提取
采用合适的核酸提取方法，如磁 珠法、柱层析法等，提取样本中
未来高通量宏基因组测序技术在病原微生物检测中的潜力 和前景
技术迭代升级
随着技术的不断发展，未来高通量宏基 因组测序技术的检测精度、效率和成本 等方面将持续优化，为病原微生物检测 提供更加可靠的技术支持。
VS
多组学联合分析
宏基因组测序技术可以与其他组学技术（ 如代谢组学、蛋白质组学等）进行联合分 析，深入挖掘病原微生物与宿主之间的相 互作用机制，为临床诊断和治疗提供更加 全面的信息。
05 案例分析和经验教训
案例介绍
案例背景
01
介绍某疫情的情况，包括疫情规模、影响范围、病原微生物特
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1
前言
Systems Biology
Function
Gene
mRNA
protein
metabolites
-omics Meta-
Genomics
Transcriptomics
Proteomics
Metabolomics
Metagenomics
Metatranscriptomics
Metaproteomics
15
本文通过宏蛋白组学方法，揭示了贫 瘠土壤与肥沃土壤中微生物种群的不 同生物学功能： 1. 种群结构趋向一致 2. 贫瘠土壤中基因功能偏向于C源和N
源的固定 3. 肥沃土壤基因功能偏向于对腐殖质
的分解利用
作者认为宏蛋白组学能够有效 的揭示不同环境下土壤微生物 群落功能的异质性，不同的生 化趋势，不同的生物地理特征
16
宏蛋白组的研究现状
Integrated metagenomic and metaproteomic analyses of marine biofilm communities Dagmar H. Leary et al 2015 Biofouling, 2014 Vol. 30, No. 10, 1211–1223
• 且在物种分类菲、丰度以及进 化关系方面的能力不足
5
环境微生物群落多样性分析
环境微生物群落多样性分析，
利用高通量测序平台，对核糖体RNA高变区域，比如16S/18S/ITS等序列；或直系同 源的功能基因，比如细菌和古菌的氨氧化酶基因进行测序。从而揭示研究对象环境 中的微生物群落的物种组成、相对丰度、群落类型以及进化关系，是宏基因组测序 的有效补充。
• 宏基因组测序 － 即利用测序技术对环境样品中全部微生物的基因组进行测定，以 分析微生物群体的基因组成及功能，解读微生物群体的多样性和 丰度，探索微生物与环境及宿主之间的关系
• 现有的高通量测序技术平台在 高覆盖率、长读长和读序精度 上的矛盾，限制了宏基因组测 序在微生物群体基因组成、多 样性分析方面的能力；
6
环境微生物群落多样性分析测序区域
7
Shannon Rank Abundance
环境微生物群落多样性分析测序
稀 释 性 曲 线
物 种 累 曲 线
8
环境微生物群落多样性分析测序
9
环境微生物群落多样性分析测序
10
环境微生物群落多样性分析测序
11
环境微生物群落多样性分析测序的研究特性
• 有效的对微生物群落进行分类，物种组成以及进化关系的 分析。
13
宏蛋白组研究的意义
自然界的微生物群落是极其复杂的动态系统，在后基因组时代，基于核酸分析的方法(诸如 Metagenome)不能够揭示微生物群落的原位功能。大规模研究生境在中微生物表达蛋白 (Metaproteome)能提供微生物在生态系统中的功能信息，它有望把微生物群落的遗传和功 能多样性联系起来，更具体地说，对于不同环境的Metaproteomics的分析：
• 揭示不同环境下微生物群落的组成差异 • 不适用于研究微生物种群的生化特性、功能特性，基因组
成，与环境或宿主的相互作用。 • 无法解释不同环境胁迫下微生物种群的功能特性变化。
12
宏蛋白组研究
在后基因组时代，微生物群落分析的一个主要的挑战就是阐述宏基因组的功能，并把微生物群落遗传结 构和它们的功能多样性联系起来。 • 前面所述的宏基因组学受测序条件以及基因组本身的性质所限，阐述群落功能的能力不足； • 通过16s/18s/ITS的环境微生物多样性分析方式无法直接揭示功能及相互作用； • 微生物群落功能也能通过转录组学(Metranscriptome)的方法研究，即提取环境样品中的所有微生物
的RNA。然而，由于RNA的半衰期较短，在抽提过程中难以去除腐殖质，相似基因在不同群体中有 不同的转录动态，RNA和蛋白质的低相关性，这些阻碍了Metranscriptome在微生物群落研究中的应 用。 正是这些限制，才使蛋白质组学的方法逐步在微生物群落研究中开始得到应用。 环境蛋白质组学(Metaproteomics)最初由Wilm的整个蛋白组分。基本程序包括：环境中总蛋白的提取、通过一维或二维凝胶电泳或HPLC对蛋白进 行分离、质谱分析、数据统计分析将群落遗传结构与功能结构联系起来，同时也可鉴定蛋白进行反向遗 传学研究。
Metametabolomics
2
宏基因组（Metagenomics)
以各种环境样品中的微生物群体基因组为研究对象， 包含了可培养的和未可培养的微生 物的基因，目前主要指环境样品中的细菌和真菌的基因组总和。
以揭示微生物多样性、 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
宏蛋白组的研究现状
Metaproteomics of soils from semiarid environment: Functional and phylogenetic information obtained with different protein extraction methods F. Bastida et al.2014 Journal of Proteomics 1 0 1 ( 2 0 1 4 ) 3 1 – 4 2
3
高通量测序加速宏基因组
于高通量测序的宏基因组研究无需构建克隆，这避免了构建过程中利 用宿主菌对样品进行克隆而引起的系统偏差，简化了实验操作，提高了测序效 率，从而极大地促进了宏基因组学的发展。
对于环境中大量非培养的样本直接进行测序，避免许 多无法微生物株系难以纯化培养用于鉴定的弊端
4
狭义宏基因组测序
• 无需培养分离菌群：
直接从环境样本中扩增核糖体rDNA高变区进行测序，解决了 大部分菌株不可培养的难题。
• 客观还原菌群结构：
专业、成熟、稳定的样本制备流程，严格控制PCR循环数， 客观还原样品本身的菌群结构及丰度比例。
• 痕量菌检测：
充分发挥高通量测序的大数据量优势，能检测出丰度低至万 分之一的痕量菌。
(1)可以捕捉新的功能基因和代谢途径； (2)鉴定与特异胁迫有关的蛋白。蛋白质组学联合宏基因组数据可以更好地揭示环境群落分类多样 性、功能多样性和生物过程。
目前成熟的蛋白组研究手段为宏蛋白组研究提供了可靠的工具 • 2DGE-LC-MS • 2DLC-MS • Itraq • Labelfree
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前言
Systems Biology
Function
Gene
mRNA
protein
metabolites
-omics Meta-
Genomics
Transcriptomics
Proteomics
Metabolomics
Metagenomics
Metatranscriptomics
Metaproteomics
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本文通过宏蛋白组学方法，揭示了贫 瘠土壤与肥沃土壤中微生物种群的不 同生物学功能： 1. 种群结构趋向一致 2. 贫瘠土壤中基因功能偏向于C源和N
源的固定 3. 肥沃土壤基因功能偏向于对腐殖质
的分解利用
作者认为宏蛋白组学能够有效 的揭示不同环境下土壤微生物 群落功能的异质性，不同的生 化趋势，不同的生物地理特征
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宏蛋白组的研究现状
Integrated metagenomic and metaproteomic analyses of marine biofilm communities Dagmar H. Leary et al 2015 Biofouling, 2014 Vol. 30, No. 10, 1211–1223
• 且在物种分类菲、丰度以及进 化关系方面的能力不足
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环境微生物群落多样性分析
环境微生物群落多样性分析，
利用高通量测序平台，对核糖体RNA高变区域，比如16S/18S/ITS等序列；或直系同 源的功能基因，比如细菌和古菌的氨氧化酶基因进行测序。从而揭示研究对象环境 中的微生物群落的物种组成、相对丰度、群落类型以及进化关系，是宏基因组测序 的有效补充。
• 宏基因组测序 － 即利用测序技术对环境样品中全部微生物的基因组进行测定，以 分析微生物群体的基因组成及功能，解读微生物群体的多样性和 丰度，探索微生物与环境及宿主之间的关系
• 现有的高通量测序技术平台在 高覆盖率、长读长和读序精度 上的矛盾，限制了宏基因组测 序在微生物群体基因组成、多 样性分析方面的能力；
6
环境微生物群落多样性分析测序区域
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Shannon Rank Abundance
环境微生物群落多样性分析测序
稀 释 性 曲 线
物 种 累 曲 线
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环境微生物群落多样性分析测序
9
环境微生物群落多样性分析测序
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环境微生物群落多样性分析测序
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环境微生物群落多样性分析测序的研究特性
• 有效的对微生物群落进行分类，物种组成以及进化关系的 分析。
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宏蛋白组研究的意义
自然界的微生物群落是极其复杂的动态系统，在后基因组时代，基于核酸分析的方法(诸如 Metagenome)不能够揭示微生物群落的原位功能。大规模研究生境在中微生物表达蛋白 (Metaproteome)能提供微生物在生态系统中的功能信息，它有望把微生物群落的遗传和功 能多样性联系起来，更具体地说，对于不同环境的Metaproteomics的分析：
• 揭示不同环境下微生物群落的组成差异 • 不适用于研究微生物种群的生化特性、功能特性，基因组
成，与环境或宿主的相互作用。 • 无法解释不同环境胁迫下微生物种群的功能特性变化。
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宏蛋白组研究
在后基因组时代，微生物群落分析的一个主要的挑战就是阐述宏基因组的功能，并把微生物群落遗传结 构和它们的功能多样性联系起来。 • 前面所述的宏基因组学受测序条件以及基因组本身的性质所限，阐述群落功能的能力不足； • 通过16s/18s/ITS的环境微生物多样性分析方式无法直接揭示功能及相互作用； • 微生物群落功能也能通过转录组学(Metranscriptome)的方法研究，即提取环境样品中的所有微生物
的RNA。然而，由于RNA的半衰期较短，在抽提过程中难以去除腐殖质，相似基因在不同群体中有 不同的转录动态，RNA和蛋白质的低相关性，这些阻碍了Metranscriptome在微生物群落研究中的应 用。 正是这些限制，才使蛋白质组学的方法逐步在微生物群落研究中开始得到应用。 环境蛋白质组学(Metaproteomics)最初由Wilm的整个蛋白组分。基本程序包括：环境中总蛋白的提取、通过一维或二维凝胶电泳或HPLC对蛋白进 行分离、质谱分析、数据统计分析将群落遗传结构与功能结构联系起来，同时也可鉴定蛋白进行反向遗 传学研究。
Metametabolomics
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宏基因组（Metagenomics)
以各种环境样品中的微生物群体基因组为研究对象， 包含了可培养的和未可培养的微生 物的基因，目前主要指环境样品中的细菌和真菌的基因组总和。
以揭示微生物多样性、 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
宏蛋白组的研究现状
Metaproteomics of soils from semiarid environment: Functional and phylogenetic information obtained with different protein extraction methods F. Bastida et al.2014 Journal of Proteomics 1 0 1 ( 2 0 1 4 ) 3 1 – 4 2
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高通量测序加速宏基因组
于高通量测序的宏基因组研究无需构建克隆，这避免了构建过程中利 用宿主菌对样品进行克隆而引起的系统偏差，简化了实验操作，提高了测序效 率，从而极大地促进了宏基因组学的发展。
对于环境中大量非培养的样本直接进行测序，避免许 多无法微生物株系难以纯化培养用于鉴定的弊端
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狭义宏基因组测序
• 无需培养分离菌群：
直接从环境样本中扩增核糖体rDNA高变区进行测序，解决了 大部分菌株不可培养的难题。
• 客观还原菌群结构：
专业、成熟、稳定的样本制备流程，严格控制PCR循环数， 客观还原样品本身的菌群结构及丰度比例。
• 痕量菌检测：
充分发挥高通量测序的大数据量优势，能检测出丰度低至万 分之一的痕量菌。
(1)可以捕捉新的功能基因和代谢途径； (2)鉴定与特异胁迫有关的蛋白。蛋白质组学联合宏基因组数据可以更好地揭示环境群落分类多样 性、功能多样性和生物过程。
目前成熟的蛋白组研究手段为宏蛋白组研究提供了可靠的工具 • 2DGE-LC-MS • 2DLC-MS • Itraq • Labelfree
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