امروز یکشنبه 30 تیر 1398

مطالعه تنوع میکروبیوم چسبیده به ذرات کاه برنج در شکمبه گوسفند: آنالیز مقایسه‌ای بین دو روش تعیین توالی 16S rDNA و کل متاژنوم

Study of rice straw-adherent sheep rumen microbiome diversity: a comparative 16S rDNA and whole metagenome analysis

MGJ-18-D-00182

ژنتیک ریزسازواره

پژوهشی کامل

Fa

 

 

شکمبه را به‌عنوان یکی از ظریف‌ترین و پیشرفته‌ترین سیستم‌های هضم سلولزی در طبیعت توصیف کرده‌اند. میکروبیوم موجود در شکمبه با اتصال و کلونیزه شدن روی مواد غذایی و ترشح آنزیم‌های تجزیه‌کننده فیبر، ترکیبات لیگنوسلولزی را تجزیه و به ترکیبات قابل استفاده برای حیوان میزبان تبدیل می‌کنند. هدف از این تحقیق شناسایی و درک ارتباط بین مهم‌ترین باکتری‌هایی است که طی انکوباسیون کاه برنج در شکمبه آن را کلونیزه می‌کنند. هم‌چنین در این مطالعه اثر استفاده از دو نوع داده متفاوت حاصل از تعیین توالی مبتنی بر آمپلیکون (ناحیۀ V3-V4 ژن 16S rRNA) و مبتنی بر کل متاژنوم بر روی آنالیز اجتماعات میکروبی چسبیده به کاه برنج با یکدیگر مقایسه شدند. در این مطالعه از سه راس گوسفند نژاد شال فیستوله شده برای انکوبه کردن کاه برنج در دوره‌های زمانی 24، 48، 72 و 96 ساعت استفاده شد. پس از جداسازی باکتری‌ها و استخراج DNA، از دو روش Illumina Miseq 300PE و Hiseq4000, 100bp PE به‌ترتیب برای تعیین توالی ناحیۀ V3-V4 ژن 16S rRNA و کل متاژنوم استفاده شد. پروفایل تاکسونومیکی و آنالیز تنوع و غنای میکروبی برای هر دو مجموعه داده، تهیه و با یکدیگر مقایسه شد. نتایج نشان داد که یک اثر هم‌افزایی و همپوشانی بین اعضای فیلوم‌های شناسایی شده وجود دارد و با در نظر گرفتن فراوانی نسبی به‌نظر می‌رسد که اعضای فیلوم‌های Firmicutes، Fibrobacter و Spirochaetes نقش حیاتی در این زمینه ایفا می‌کنند. یک همبستگی ضعیف بین دو روش تعیین توالی مورد استفاده مشاهده شد. شاخص‌ترین وجه تمایز بین دو روش تعیین توالی، شناسایی باکتری‌ها در سطح گونه بود که روش Hiseq به لحاظ پوشش ژنومی و نوع الگوریتم تشخیصی قدرتمندتر ظاهر شد. هم‌چنین مشاهده شد که نوع نرم‌افزارهای انتخابی برای طبقه‌بندی تاکسونومیکی می‌تواند نقش حیاتی و حتی قدرت تفکیک بیش‌تری نسبت به نوع تکنولوژی انتخابی برای تعیین توالی کل متاژنوم و هم‌چنین نوع ناحیه انتخاب شده برای تکثیر و توالی‌یابی ژن هدف داشته باشد.

The rumen is described as one of the most elegant and advanced cellulosic digestion systems in nature. The ruminal microbiome, by attaching and formatting microcolonies on feed particles and releasing the fiber degrading enzymes, decompose lignocellulose compounds and convert them into compounds that are usable for the host animal. The purpose of the present study was identifying and understanding the relationship between the most important bacteria that colonize rice straw during ruminal incubation and also comparing the amplicon and shotgun data generated on incubated rice straw during 24, 48, 72 and 96hrs in three fistulated animals. After bacterial isolation and DNA extraction processes, two sequencing strategies of Illumina Miseq 300PE and Hiseq4000, 100PE were used to sequence the V3-V4 region of 16S ribosomal RNA and the total metagenome. Taxonomic profiling, microbial diversity and species richness were separately prepared for each dataset and comparative analysis was performed. The results indicated that there are synergistic and/or overlapping effects among the members of the identified phyla, and with considering the frequency, it seems that the members of the Firmicutes, Fibrobacters, and Spirochaetes play a critical role in the colonisation process. Our study showed a weak correlation between the two methods, indicating that while taxonomic overlap exists in the phylum and family levels, the methods are different. The most highlighted difference between the two sequencing methods was species-level identification, which the Hiseq method appeared much more robust in terms of genomic coverage and taxonomic profiling algorithm. It was also observed that the selective software for taxonomic profiling could play a vital role and even more differentiation power than the technology utilized for whole metagenome and gene-targeted sequencing.

نویسندگان مقاله
ناممحل خدمتپست الکترونیکی

سید محمد فرهاد وحیدی
mf vahidi

نویسنده مسئول

قاسم حسینی سالکده
gh hosseini salkedeh

نویسنده مسئول

فضل اله افراز
f afraz

نویسنده مسئول

مهرداد بهمنش
m behmanesh

Behmanesh[AT]modares.ac.ir نویسنده مسئول

مقالات چاپ شده