如何利用可视化单细胞分选技术高效开展“功能靶向”宏基因组研究？

传统宏基因组学技术已经能够揭示环境微生物群落的结构和功能潜力，但在面对大量非目标序列时，其局限性逐渐显现。为了更精确地研究特定基因或基因组区域，功能靶向宏基因组技术应运而生，为科研工作者提供了新的工具。

靶向宏基因组方法的一种常见应用是通过16S rRNA基因来研究微生物群落的组成。16S rRNA基因是微生物中高度保守的基因，它在不同的微生物中具有一定的变异性，可以用来区分不同的微生物种类。但这种靶向宏基因组存在的一个问题是，所有的探针和基因仅针对已知基因，而目前对微生物基因的探究（特别是未培养微生物的基因）仍存在很多未知的基因无法被检测功能。

图1 传统宏基因组（右）与靶向宏基因组（左）流程示意图

Hilt EE, Ferrieri P. Next Generation and Other Sequencing Technologies in Diagnostic Microbiology and Infectious Diseases. Genes (Basel). 2022;13(9):1566. Published 2022 Aug 31. doi:10.3390/genes13091566

“功能靶向宏基因组”解决方案

基于上述现状，我们提出了“功能靶向宏基因组”的解决方案。采用功能筛选+检测的方法代替了靶向宏基因组中功能基因进行PCR的过程。通过对细菌群落进行功能筛选，对具备某种功能的细菌进行形态/荧光/同位素的标记，并采用HOOKE系列的拉曼光谱和荧光成像产品进行相关检测，完成“功能筛选”的过程，进而通过单细胞分选+MDA扩增的方法对筛选的细胞进行分离和宏基因组测序。

该方法融合了靶向宏基因组筛选功能基因的作用，同时又兼顾传统宏基因组物种组成功能，除此之外能够在靶向宏基因组的基础上拓展新的功能基因，且操作简单，成本并不高昂。

方法效果比较

表1 传统宏基因组、靶向宏基因组与功能靶向宏基因组比较

关联阅读：

功能菌筛选技术方案(二)丨微生物多维表型检测与可视化精准分选平台下的表型靶向MiNi宏基因测序

2024-03-01

功能靶向宏基因组方案流程

图2 功能靶向宏基因组流程示意图

案例分享

该文章前期通过16s扩增子测序确定了嗜冷电活性微生物群落中的主要优势物种为地杆菌，后根据拉曼光谱聚类及地杆菌形态，结合单细胞分选与mini宏基因组确定了参与细胞外电子转移的代谢基因。

功能菌筛选技术方案(一)丨微生物多维表型检测与可视化精准分选平台下的微生物单细胞筛选培养

2024-03-01

功能菌筛选技术方案(二)丨微生物多维表型检测与可视化精准分选平台下的表型靶向MiNi宏基因测序

2024-03-01

功能菌筛选技术方案(三)丨微生物多维表型检测与可视化精准分选平台的基因转移可视化研究

2024-03-01

菌落筛选中的诸多困扰，最让人头疼的竟然是……

2024-06-11