稳定性同位素示踪DNA-RNA-SIP与全基因组关联分析技术研讨会暨培训班 

（2016年5月29日-2016年6月2日） 

主讲人：王琼、柴本立、贾仲君、Jim Cole
密歇根州立大学 微生物生态学中心

中科院南京土壤所 土壤与农业可持续发展国家重点实验室

 

培训对象：研究生和青年科研人员

培训内容：稳定性同位素示踪微生物群落DNA-RNA

培训内容：纯菌株基因组拼接与注释、土壤组学、全转录组关联分析

地    点：中国科学院南京土壤研究所

主办单位：中国土壤学会青年工作委员会

主办单位：中国微生物学会环境微生物专业委员会

主办单位：江苏省土壤学会土壤微生物专业委员会

 

  一、技术研讨会目的：

随着高通量测序技术的快速发展，微生物组已成为土壤、大气、海洋和湖泊等领域的热点和前沿。而单个纯菌基因组拼接、组装、分析，以及宏基因组和转录组分析，已经类似于土壤NPK元素检测，成为一种常规技术，在生态、环境、健康和工农业等基础和应用基础研究中得到广泛应用。稳定性同位素示踪核酸DNA-RNA，以及13C-DNA-RNA为基础的宏基因组-转录组分析，则成为研究复杂环境微生物功能的重要技术手段。

为了促进微生物组学技术在相关领域的应用，特别是非生物信息专业研究生和青年科研人员对个体微生物组学分析、13C-DNA-RNA示踪、复杂微生物组挖掘，南京土壤所联合美国密西根州立大学James Tiedje院士团队的著名专家，拟于2016年5月29日-6月2日开展稳定性同位素示踪DNA-RNA-SIP及全基因组关联分析技术研讨会暨培训班。

通过本次生物信息学和稳定性同位素示踪DNA-RNA技术研讨，与会人员将掌握：

  • 稳定性同位素13C-示踪复杂环境中功能微生物DNA的技术操作
  • 单个纯菌基因组的拼接、注释和分析
  • 13C-DNA的宏基因组基本分析策略
  • 宏转录组水平的群落关联分析理论

二、技术研讨会简介：

  1. 稳定性同位素示踪DNA-RNA-SIP技术简介

据估算，指甲大小的土壤中微生物数量最高可达上百亿，但最高可达99%的微生物功能未知。稳定性同位素示踪DNA-RNA-SIP则能有效克服这一难点，是研究复杂环境中微生物功能的关键技术。其基本思路是：利用稳定性重同位素底物（13C）原位培养复杂环境样品；超高速离心即可将13C-DNA-RNA与未标记的12C-DNA-RNA分离，获得具有活性的微生物群落DNA-RNA开展下游分析。DNA-RNA-SIP实现了单一微生物向复杂微生物组研究的转变，为在整体水平系统研究微生物在自然环境中重要生理过程，定向发掘重要微生物资源和生物技术开发提供了关键技术支撑。

目前，DNA-RNA-SIP技术在微生物生态学、环境微生物学、地质微生物、海洋微生物、生物地球化学等领域得到了广泛应用，在元素生物地球化学循环、污染物生物降解过程、肠道微生物生理生态与健康医学、生物活性物质高通量筛选和合成生物学等方面的应用渐趋成熟，成为未来功能微生物组学研究的重要技术。

  1. 全基因组关联分析的微生物组学技术简介

全基因组关联分析（Genome-wide association studyGWAS）是表观遗传学的关键技术，相关成果2005年最早发表于Science杂志，针对健康人群和疾病人群，在人类全基因组水平研究单核苷酸多态性（SNP），筛选与疾病相关的核心基因。我们最近将这一技术思路引入到土壤微生物组学研究，针对高强度微生物甲烷氧化的水稻土、未发生甲烷氧化的水稻土，提出了全转录组水平的土壤微生物群落关联分析技术（Metatranscriptome-wide association study MTWAS），改变了难培养微生物氧化大气甲烷的传统观点，研究结果被Nature Communications接受发表。

全基因组-转录组关联分析技术是未来微生物组学研究的重要技术。原因是，（1）高通量测序技术的普及性。海量DNA序列已经类似于环境理化参数分析，成为普通实验室的一种常规技术和必备的分析技能；（2）地球微生物组研究的复杂性。如前所述，每克土壤中微生物的数量可高达100亿，其中蕴含的基因数量可能高达40000亿。在绝大多数微生物功能未知的条件下，如何对海量的基因信息进行储存、分类和比较分析，MTWAS技术能够极大降低环境微生物组的复杂度，显著提高其研究与开发价值。

本次技术研讨会暨培训班分为理论和实践操作。须自己携带电脑（安装有JAVA1.6和R2.15或其更新的版本）。主要内容如下

(1)   DNA-RNA-SIP（稳定性同位素核酸探针技术）

  1. DNA-SIP基本操作
  2. 稳定性同位素核酸探针研究的设计原则、技术核心与关键问题
  3. 稳定性13C同位素核酸探针DNA-，rRNA-，mRNA-SIP原理与应用
  4. 新一代高通量测序、微生物组学与SIP技术的结合与综合应用。

(2)   Genome Assembly and Annotation

  1. Gene Prediction（基因功能预测）
  2. Functional Annotation and Pathway prediction （功能注释与代谢预测）

(3)   Metagenomic Assembly and Annotation（宏基因组拼接）

  1. De novo Assembly（De novo拼接）
  2. Gene-targeted Assembly*（功能基因导向的Xander拼接策略）
  3. Taxonomic Annotation （功能注释与生物分类）

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