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細菌全基因組測序分析

細菌全基因組完成圖測序 




 

細菌完成圖測序是指對基因組序列未知或無近緣物種基因組信息的某個物種,構建不同插入片段的基因組文庫,基于 PacBio第三代單分子測序技術結合第二代高通量測序技術,對這些文庫進行序列測定,利用生物信息學方法進行拼接,獲得完整的染色體及質粒序列,解析編碼信息和表觀遺傳修飾信息。

應用領域

l 獲得完整的染色體序列圖譜

l 獲得完整的質?;?BAC 克隆子序列圖譜

l 解析甲基化修飾相關信息(6mA和4mC)

測序優勢

(1) 項目周期短:完成圖最短項目周期 15 工作日,平均項目周期 30 工作日;

(2) 方案設計合理:完成圖的方案以三代平臺為主、二代平臺為輔,平臺完美結合,得到完整的染色體和質粒序列圖譜;

(3) 免費贈送待測菌株的菌種鑒定,以防菌株錯測;

(4) 拼接結果準確:三輪校正(拼接前利用三代測序數據間的 Overlap 對測序數據進行校正;拼接后,利用三代測序數據對拼接結果進行第二輪校正;最后,利用高質量的二代測序數據對拼接結果進行多次校正)使得到的基因組拼接結果更加準確、可靠;

(5) 項目經驗豐富:細菌完成圖已完成樣品數量近 300 例;

(6) 細節服務到位:無論是圈圖起始位點的調整,還是起始密碼子的翻譯(所有起始密碼子的氨基酸均為甲硫氨酸),力求做到最好。

送樣要求

送樣形式

送樣要求

菌體

菌體濕重 ≥ 3 g

DNA

總量 ≥ 20 µg(熒光定量);

OD260/OD280 = 1.8~2.0;

OD260/OD230 = 2.0~2.2


信息分析內容

序號

分析項目

類別

分析

備注

1

數據整理

A

   

2

數據質控

A

   

3

高質量數據獲取

A

   

4

基因組序列拼裝與分析

A

   

5

蛋白編碼基因預測

A

   

6

非編碼 RNA 預測

A

   

7

其他非編碼 RNA 預測

A

   

8

CRISPRs 預測

A

   

9

原噬菌體預測

B

   

10

基因島預測

B

 

完成圖

11

致病菌毒力因子(VFDB)分析

B

   

12

抗生素抗性(CARD)分析

B

   

13

碳水化合物活性酶(CAZy)分析

B

   

14

信號肽預測

B

   

15

跨膜螺旋預測

B

   

16

蛋白編碼基因的序列比對

A

   

17

蛋白編碼基因的 GO 注釋

A

   

18

蛋白編碼基因的 eggNOG 注釋

A

   

19

蛋白編碼基因的 KEGG 注釋

A

   

20

蛋白編碼基因的 Swiss-Prot 注釋

A

   

21

蛋白編碼基因的 TrEMBL 注釋

C

   

22

蛋白編碼基因的 Pfam 注釋

C

   

23

蛋白編碼基因的 CDD 注釋

C

   

24

蛋白編碼基因的 InterProscan 注釋

C

   

25

基因組圈圖繪制

B

 

完成圖

26

基因組基本信息比較分析

C

 

參考基因組數量≥1

27

泛基因組分析

C

 

參考基因組數量≥10

28

基因家族分析

C

 

參考基因組數量≥1

29

基于 16s rDNA 的系統發育樹重構

C

 

參考基因組數量≥2

30

基于單拷貝基因的系統發育樹重構

C

 

參考基因組數量≥2

31

基于 Mauve 的全基因組序列比對

C

 

參考基因組數量≥1

32

基于 MUMmer 的全基因組序列比對

C

 

參考基因組數量≥1

33

基因組數據上傳

C

 

提供相關數據

A+B: 完成圖標準分析內容;

C: 個性化分析內容。


 

信息分析流程

高級信息分析內容示例



圖 1:Pan-Core 基因稀釋曲線

圖 2 :共線性分析


經典案例:

利用第三代單分子測序技術解析大腸桿菌MRE600的基因組和甲基化組

Genome Biol Evol 2016 IF:4.229

關鍵詞:大腸桿菌;志賀氏菌;表觀遺傳修飾;大腸桿菌素

研究背景

大腸桿菌是一種革蘭氏陰性、短桿狀、能運動、無芽胞的兼性厭氧菌,通常定殖于人和動物腸道中。大部分大腸桿菌無致病性,與機體是互利共生的關系;當機體免疫力降低、腸道長期缺乏刺激等情況下,部分大腸桿菌會移居到腸道以外的地方,造成相應部位的感染或全身散播性感染。因此,大腸桿菌通常被看作機會致病菌。大腸桿菌構造簡單,遺傳背景清晰,培養操作容易,因此常被作為基因工程的對象加以利用。大腸桿菌 MRE600 是一株 RNAse I 活性缺失的菌株, 常被用于 mRNA、tRNA、rRNA 的表達和純化。本文采用 PacBio 平臺獲得了 MRE600 的全基因組序列圖譜和甲基化圖譜。

實驗方法

供試樣本:大腸桿菌 MRE600 菌株;

文庫大?。?0,000 bp;

測序試劑: P5-C3;

測序平臺:PacBio RS II;

研究結果

采用第三代單分子測序對大腸桿菌 MRE600 進行全基因組從頭測序,總共獲得 1 條染色體序列(4.83 Mb)和 3 個質粒(89.1 kb、56.9 kb和7.1 kb)?;蚪M的 G+C 含量為 50.8%,包含 5,181 個基因,其中,蛋白編碼基因為 4,913 個,RNA 基因為 268 個,41,469 個堿基發生修飾(0.83%)。

圖 1 大腸桿菌MRE600染色體和質粒組裝結果:細菌完成圖參考文獻1中的fig 1.

表 1 大腸桿菌MRE600的表觀基因組檢測:細菌完成圖參考文獻中的表3

對 RNAse I 的編碼基因 rna 進行分析發現,該基因的第五個密碼子為提前終止的密碼子,即 MRE600 不能產生全長 RNase I 蛋白,這也解釋了 MRE600 的 RNase I 活性喪失的原因。

參考文獻

Kurylo CM, et al. Genome Sequence and Analysis of Escherichia coli MRE600, a

Colicinogenic, Nonmotile Strain that Lacks RNase I and the Type I Methyltransferase, EcoKI. Genome Biology and Evolution, 2016, 8 (3): 742-752.

項目經驗

物種拉丁名

基因組大小(Mb)

GC含量(%)

派森諾已完成數目

Acinetobacter junii

3.37

38.7

6

Bacillus cereus

5.64

35.2

8

Bacillus pumilus

3.72

41.4

15

Bacillus.mycoides

5.72

35.3

9

Bacillus.sp

4.89

40

24

citrobacter freundii

5.26

51.6

15

clostridium tetani

2.85

28.5

45

enterococcus faecalis

3.03

37.3

6

lactobacillus crispatus

2.2

36.85

9

Mycobacterium abscessus

5.13

64.1

12

Neisseria meningitis A

2.16

51.7

9

pseudonocardia

6.55

73.48

6

Staphylococcus aureus

2.85

32.8

60

stenotrophomonas rhizophila

4.64

668.8

15

streptococcus suis

2.07

41.2

30

streptomyces cuspidosporus

8.2

71.9

3

streptomyces scabies

9.9

71.25

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