近日，中國農業科學院深圳農業基因組研究所（嶺南現代農業科學與技術廣東省實驗室深圳分中心，以下簡稱“基因組所”）孔思遠課題組、潘瑋華課題組在《宏（iMeta）》上在線發表題為“Efficient and easy-to-use capturing three-dimensional metagenome interactions with GutHi-C”的研究論文，該研究開發了一種高效易用的可廣泛應用于人類、畜禽等動物腸道、糞便微生物組的GutHi-C技術，一方面可以輔助宏基因組組裝，為得到畜禽腸道等環境中微生物組的完整宏基因組提供了有力的工具，另一方面，為研究微生物宏基因組以及單菌水平的基因組三維互作和細菌內基因（比如抗性基因）轉錄調控提供了有力手段。
農業動物腸道微生物在宿主的整個生命過程中發揮著關鍵作用，解析腸道微生物宏基因組的組織模式對于理解微生物的功能以及微生物群體與宿主之間的關系具有重要意義。在微生物宏基因組研究中廣泛使用的Shotgun（鳥槍法）技術會產生大量冗余序列，無法在種和菌株水平上進行進一步分析。Hi-C（高通量染色質構象捕獲）技術在三維組織模式分析和基因組輔助組裝方面具有明顯優勢，但由于經典Hi-C技術在微生物研究中存在局限性，且得到的數據質量差，因此，較少應用于微生物宏基因組研究。通過改良微生物細胞壁裂解方法、提高微生物基因組酶切效率，團隊成功開發了可廣泛應用于畜禽腸道微生物群體的GutHi-C技術。
在GutHi-C文庫構建過程中，采用液氮研磨和/或溶菌酶處理的方法進行微生物裂解，可以最大限度地解離微生物細胞壁，并允許內切酶完全進入細胞核。在引入in situ Hi-C體系的同時，減少了生物素和磁珠的用量，在保證甚至提高實驗數據質量的情況下降低了實驗成本。基于微生物群體的共性特征，該技術可以適用于來自畜禽、人類等動物腸道、糞便的微生物群體，來自土壤的微生物群體和培養組微生物混合物等各種環境下的微生物宏基因組Hi-C建庫和高通量測序。
通過與現有微生物Hi-C（國外ProxiMeta Hi-C技術內容尚未公開）數據進行對比，GutHi-C 技術產生的數據在質控參數（如唯一比對率、去重后有效數據比例、有效互作對的比例和順式相互作用比例）方面具有顯著優勢，同時GutHi-C技術還表現出良好的可重復性。展示了高分辨率互作頻率熱圖，具有更顯著的信號強度和信號較強的染色體相互作用結構域（CIDs）。此外。通過將GutHi-C數據與三代HiFi宏基因組組裝數據進行聯合分析，可顯著提升腸道微生物宏基因組（MAGs）的組裝質量，使得微生物組宏基因組的高保真的全長成環完整宏基因組組裝成為可能。
圖1 | GutHi-C在揭示微生物組的宏基因組三維互作構象以及結合三代HiFi測序輔助完整宏基因組組裝上的初步應用和評估分析
GutHi-C技術則針對微生物研究進行了優化，解決了經典Hi-C技術在微生物組應用中的局限性，為畜禽腸道微生物的宏基因組研究提供了新的工具。在農業微生物、人類醫學、食品領域具有良好的應用前景。本團隊GutHi-C技術已申請發明專利，并準備與企業對接進行相關試劑盒研發落地。相關技術橫向科研合作或技術轉讓請咨詢：kongsiyuan@caas.cn，或中國農業科學院深圳農業基因組研究所產業發展處（電話：0755-28398803）。
圖2 | GutHi-C技術發明專利證書
圖3 | 微生物組GutHi-C技術建庫試劑盒
基因組所（省實驗室深圳分中心）副研究員 孔思遠、研究員 潘瑋華、博士后 朱秀生 為論文的 共同通訊作者。基因組所與河南大學聯培碩士生 盧宇曦、基因組所與華中農業大學聯培博士生 楊金寶、基因組所與青島農業大學聯培碩士生 李晨瑩 為論文 共同第一作者。該工作也得到了美國弗雷德里克國家實驗室 張玉波 研究員、中國農業科學院北京畜牧獸醫研究所 楊述林 研究員、 王彥芳 研究員的大力支持和幫助。該研究得到了廣東省自然科學基金面上項目、國家自然科學基金青年項目、中國博士后科學基金博新計劃和面上項目、深圳市優秀科技創新人才培養（博士啟動）項目等項目的資助。
原文鏈接：https://doi.org/10.1002/imt2.227
參考文獻：
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