宏基因组Binning分析：不同菌株分类鉴定的重要手段

宏基因组Binning分析：不同菌株分类鉴定的重要手段

宏基因组Binning分析是一种重要的生物信息学方法，用于将混合微生物的序列数据按物种分开归类，从而获得单个菌株的基因组信息。这种方法对于研究无法在实验室培养的微生物具有重要意义，可以帮助科学家们更好地理解微生物的生态适应机制、营养互作机制和新陈代谢功能等。

宏基因组Binning分析

不同菌株分类鉴定的重要手段

宏基因组binning分析服务介绍

Binning指将宏基因组测序得到的混合了不同微生物的序列reads或序列组装得到的contigs或scaffolds按物种分开归类的过程。这些分开归类的序列被称为宏基因组组装基因组（metagenome-assembled genomes，MAGs)。

宏基因组测的是一个环境中的全部微生物的基因组信息，以获得群落中全部的物种信息和功能信息，而Binning可以把宏基因组数据中来自同一菌株的序列聚到一起，得到一个菌株的基因组，对不同的菌株进行分类鉴定。Binning分析使我们得以洞察这些无法在实验室培养获得的菌株的生态适应机制、营养互作机制和新陈代谢功能等，可以研究在环境中起重要作用的微生物、进化机制、及其与宿主的互作机制等。

宏基因组binning分析流程

宏基因组binning分析结果展示

GC-Depth散点图通过GC-Depth散点图可以看出测序时是否存在了明显的GC偏向，也可以判断是否存在污染等情况，一般情况下，相对于中等GC含量区域来说，高GC含量区域或者低GC含量区域的测序深度都比较低。

TNF-PCoA图通过计算bin中每条contig中每种情况出现的概率，得到四核苷酸频率的结果。

功能注释分析
与常用数据库（NR、KEGG、eggNOG、CAZy、CARD）进行比对，获得基因功能信息并对各数据库注释情况进行统计。

kegg代谢通路相关功能基因在二级水平上的统计图

eggNOG功能基因功能分类统计图

碳水化合物酶分布比例图

抗生素抗性基因丰度统计图

物种鉴定利用GTDB-Tk软件根据基因组数据库分类GTDB为bins进行物种分类注释

ANI分析结果若bins基因组注释到属水平，可以尝试利用fastANI软件根据进一步细化到种级别的ANI（average nucleotide identity）分析，一般同物种的ANI值在95%以上，当两菌间的ANI≤95%时认为它们属于不同种。

基因组组分分析
对高质量Bin去冗余后得到的结果进行de novo基因预测，分别得到编码基因、重复序列、tRNA及rRNA基因信息。

基因预测结果统计（部分结果展示）

rRNA预测结果统计（部分结果展示）

tRNA预测结果统计表（部分结果展示）

重复序列预测结果统计（部分结果展示）

rRNA预测结果详情表（部分结果展示）

tRNA预测GFF文件（部分结果展示）

宏基因组binning分析案例

• 2024年5月15日Sci Total Environ丨盐水入侵通过细菌介导的N-循环影响底栖鱼种中NO2-的积累
  英文名称：Saltwater intrusion affecting NO2− accumulation in […]
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• 2023年4月6日项目文章| Nat Microbiol -二三代宏基因组测序构建高分辨人类肠道微生物组数据库
  导读 大量数据表明，肠道菌群在人类健康和疾病的几乎所有方面都发挥极其重要且深远的作用。然而，地球上的大量微生 […]
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宏基因组binning分析常见问题

从哪些序列下手进行binning分析？

根据基于聚类的序列类型的不同，可分为reads binning， contig binning和 genes binning。

为什么选择宏基因组和Binning测序？

• 获得未培养的微生物基因信息
• 同时获得物种的微生物群落结构和功能信息，分辨率达菌株水平
• 获得单菌的基因组草图，对不同的物种进行分类鉴定
• 三代测序可跨越复杂基因结构，组装更高质量、更完整的宏基因组
• 为菌群的分类和功能描述提供更多的解决方案
• 和其余组学联合分析，更容易挖掘深层数据，出高分文章

本文原文来自 Biomarker