海洋珊瑚菌群结构分析、基因挖掘方法及设备技术

本发明专利技术实施例提供了一种海洋珊瑚菌群结构分析、基因挖掘方法及设备。其中，所述方法包括：对海洋珊瑚菌群样本的16S rRNA进行OTU聚类得到OTU表，剔除分布不均匀的OTU，采用QIIME2分析流程对海洋珊瑚菌群样本进行分析，获取海洋珊瑚菌群的分类结果，并获取海洋珊瑚菌群的组成结构及丰度；对分类后的海洋珊瑚菌群进行Core/Pan物种分析，获取海洋珊瑚菌群中的细菌在形成海洋珊瑚共生体过程中发挥的功能，并构建海洋珊瑚与细菌关系网络及海洋珊瑚发育树，获取海洋珊瑚核心细菌与菌群丰度之间的相关性，挖掘具有核心生态功能的菌群基因。本发明专利技术实施例提供的海洋珊瑚菌群结构分析、基因挖掘方法及设备，有助于全面研究海洋珊瑚菌群物种与基因的多样性和分布情况。

【技术实现步骤摘要】
海洋珊瑚菌群结构分析、基因挖掘方法及设备
本专利技术实施例涉及海洋珊瑚菌群微生物研究
，尤其涉及一种海洋珊瑚菌群结构分析、基因挖掘方法及设备。
技术介绍
珊瑚共生体是珊瑚和细菌群落结合的一种普遍存在的模式，但是其组成会随外界环境的变化而不断改变，在海洋中不同的地理位置或时间尺度上的变化都可能驱使特定的菌群快速繁殖或逐渐消亡，从而帮助宿主在新的生物和非生物体系中定居下来。因此，也可以根据珊瑚菌群的变化来推断环境的变化趋势以及宿主的适应过程。在珊瑚礁生态系统中，某些特定的细菌及其群落可能在生物体功能和生态系统动力学中都至关重要，这些细菌间的紧密的联系和相互作用机制尚未被发现，特定的细菌共生体在整个珊瑚礁生态系统中所做出的贡献也未被挖掘出来。为了挖掘协助宿主发挥某些基本功能的特定细菌，除了探究不同珊瑚物种共生菌群的组成之外，还要结合地理、时间和空间稳定性和动态变化性来分析相同珊瑚物种处于不同珊瑚生态环境的共生菌群组成，这就要求我们不但要考虑珊瑚周围海水的化学、物理学和生物学波动因素(如PH、温度、深度、营养含量等等)，还要将珊瑚本身的一些生物学差异(如物种间或物种内空间等资源竞争，健康状态等)考虑在内，这些因素都会导致珊瑚菌群的高度变异性。另一方面，由于全球气候变化、海水富营养化、酸化、过度捕捞和潜水等人类活动都导致珊瑚数量不断下降。面对日益恶化的环境，珊瑚礁感染珊瑚流行疾病达到了前所未有的速度，导致了本就受外界自然环境影响而难以分类的珊瑚-细菌共生体变得更加复杂。由于珊瑚微生物种群数量庞大，传统分离培养技术研究得到分类注释过的珊瑚微生物很有限，使得在理解细菌群落在珊瑚细菌共生关系的功能重要性方面存在实质性的知识空白和挑战。因此，找到一种可以避免只能应用于可培养群落组分的弊端，探究影响菌群结构和功能的核心因素，找出分子已至细胞乃至种群内部之间相互作用的机制，挖掘具有重要生态意义的生态意义的微生物，有助于全面研究海洋珊瑚菌群物种与基因的多样性和分布情况的方法，就成为业界广泛关注的问题。
技术实现思路
针对现有技术存在的上述问题，本专利技术实施例提供了一种海洋珊瑚菌群结构分析、基因挖掘方法及设备。第一方面，本专利技术的实施例提供了一种海洋珊瑚菌群结构分析、基因挖掘方法，包括：获取海洋珊瑚菌群样本的16SrRNA，对所述16SrRNA进行OTU聚类得到OTU表，剔除所述OTU表中分布不均匀的OTU，采用QIIME2分析流程对剔除分布不均匀的OTU后的海洋珊瑚菌群样本进行分析，获取海洋珊瑚菌群的分类结果，根据所述分类结果，获取海洋珊瑚菌群的组成结构及丰度；对分类后的海洋珊瑚菌群进行Core/Pan物种分析，获取海洋珊瑚菌群中的细菌在形成海洋珊瑚共生体过程中发挥的功能，并构建海洋珊瑚与细菌关系网络及海洋珊瑚发育树，获取海洋珊瑚核心细菌与菌群丰度之间的相关性，结合所述海洋珊瑚菌群中的细菌在形成海洋珊瑚共生体过程中发挥的功能，挖掘具有核心生态功能的菌群基因。进一步地，所述获取海洋珊瑚菌群样本的16SrRNA，包括：从NCBI数据库中获取来自十个不同项目的海洋珊瑚菌群样本的16SrRNA。进一步地，所述对所述16SrRNA进行OTU聚类得到OTU表，包括：采用Parallel-META3分析方法将16SrRNA按照97％的相似性聚类成6,6183个OTU，与Greengenes参考数据库比对进行初步过滤，将菌群鉴定到门、纲、目、科及属分类学水平上，获取所述OTU表。进一步地，所述剔除所述OTU表中分布不均匀的OTU，包括：采用R软件挑选出所述Parallel-META3分析方法过程中出现的分布不均匀的OTU。进一步地，所述采用QIIME2分析流程对剔除分布不均匀的OTU后的海洋珊瑚菌群样本进行分析，获取海洋珊瑚菌群的分类结果，包括：调用QIIME2中的typeEMPSingleEndSequences命令将海洋珊瑚菌群样本格式化为qza或qzv格式，制作包括海洋珊瑚菌群样本名称、序列的绝对路径及序列方向的csv样品文件格式清单，采用“qiimequality-filterq-score”命令将格式化的海洋珊瑚菌群样本按照质量分数进行初步过滤；采用p-trunc-len将p-trim-left去除边缘低质量区，并生成Feature表；将所述Feature表与Greengenes参考数据库，Silva综合数据库及Unite比对数据库进行比对，调用QIIME2中的qiimefeature-classifierclassify-sklearn命令进行物种分类，获取海洋珊瑚菌群的分类结果。进一步地，所述根据所述分类结果，获取海洋珊瑚菌群的组成结构及丰度，包括：根据所述分类结果，将高变区去除，采用qiimephylogenymidpoint-root命令将qiimephylogenyfasttree命令得到的无根进化树转换成有根进化树，并将最小数据量作为重抽样深度，基于UnweightedUnifrac的主坐标轴分析地理位置、采样生态位置、海洋珊瑚的健康状况及海洋珊瑚物种对海洋珊瑚菌群组成结构的影响，获取海洋珊瑚菌群的组成结构及丰度。进一步地，所述构建海洋珊瑚与细菌关系网络，包括：根据任意两个科的细菌系统型的Pearson相关性，采用Cytoscape软件构建海洋珊瑚与细菌关系网络。第二方面，本专利技术的实施例提供了一种海洋珊瑚菌群结构分析、基因挖掘装置，包括：海洋珊瑚菌群的组成结构及丰度获取模块，用于获取海洋珊瑚菌群样本的16SrRNA，对所述16SrRNA进行OTU聚类得到OTU表，剔除所述OTU表中分布不均匀的OTU，采用QIIME2分析流程对剔除分布不均匀的OTU后的海洋珊瑚菌群样本进行分析，获取海洋珊瑚菌群的分类结果，根据所述分类结果，获取海洋珊瑚菌群的组成结构及丰度；核心生态功能的菌群基因挖掘模块，用于对分类后的海洋珊瑚菌群进行Core/Pan物种分析，获取海洋珊瑚菌群中的细菌在形成海洋珊瑚共生体过程中发挥的功能，并构建海洋珊瑚与细菌关系网络及海洋珊瑚发育树，获取海洋珊瑚核心细菌与菌群丰度之间的相关性，结合所述海洋珊瑚菌群中的细菌在形成海洋珊瑚共生体过程中发挥的功能，挖掘具有核心生态功能的菌群基因。第三方面，本专利技术的实施例提供了一种电子设备，包括：至少一个处理器；以及与处理器通信连接的至少一个存储器，其中：存储器存储有可被处理器执行的程序指令，处理器调用程序指令能够执行第一方面的各种可能的实现方式中任一种可能的实现方式所提供的海洋珊瑚菌群结构分析、基因挖掘方法。第四方面，本专利技术的实施例提供了一种非暂态计算机可读存储介质，非暂态计算机可读存储介质存储计算机指令，计算机指令使计算机执行第一方面的各种可能的实现方式中任一种可能的实现方式所提供的海洋珊瑚菌群结构分析、基因挖掘方法。本专利技术实施例提供的海洋珊瑚菌群结构分析、基因挖掘方法及设备，通过海洋珊瑚菌群样本的16SrRNA获取相应的OTU表，采用QIIME2分析流程对海洋珊瑚样本进行分析，并对分类后的的海洋珊瑚菌群进行Core/Pan物种分析，可以避免现有技术中只能应用于可培养群落组分的弊端，有助于全面研究海洋珊瑚菌群物种与基因的多样性和分布情况。附图说明为了更清楚地说明本专利技术本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种海洋珊瑚菌群结构分析、基因挖掘方法，其特征在于，包括：获取海洋珊瑚菌群样本的16S rRNA，对所述16S rRNA进行OTU聚类得到OTU表，剔除所述OTU表中分布不均匀的OTU，采用QIIME2分析流程对剔除分布不均匀的OTU后的海洋珊瑚菌群样本进行分析，获取海洋珊瑚菌群的分类结果，根据所述分类结果，获取海洋珊瑚菌群的组成结构及丰度；对分类后的海洋珊瑚菌群进行Core/Pan物种分析，获取海洋珊瑚菌群中的细菌在形成海洋珊瑚共生体过程中发挥的功能，并构建海洋珊瑚与细菌关系网络及海洋珊瑚发育树，获取海洋珊瑚核心细菌与菌群丰度之间的相关性，结合所述海洋珊瑚菌群中的细菌在形成海洋珊瑚共生体过程中发挥的功能，挖掘具有核心生态功能的菌群基因。

【技术特征摘要】
1.一种海洋珊瑚菌群结构分析、基因挖掘方法，其特征在于，包括：获取海洋珊瑚菌群样本的16SrRNA，对所述16SrRNA进行OTU聚类得到OTU表，剔除所述OTU表中分布不均匀的OTU，采用QIIME2分析流程对剔除分布不均匀的OTU后的海洋珊瑚菌群样本进行分析，获取海洋珊瑚菌群的分类结果，根据所述分类结果，获取海洋珊瑚菌群的组成结构及丰度；对分类后的海洋珊瑚菌群进行Core/Pan物种分析，获取海洋珊瑚菌群中的细菌在形成海洋珊瑚共生体过程中发挥的功能，并构建海洋珊瑚与细菌关系网络及海洋珊瑚发育树，获取海洋珊瑚核心细菌与菌群丰度之间的相关性，结合所述海洋珊瑚菌群中的细菌在形成海洋珊瑚共生体过程中发挥的功能，挖掘具有核心生态功能的菌群基因。2.根据权利要求1所述的海洋珊瑚菌群结构分析、基因挖掘方法，其特征在于，所述获取海洋珊瑚菌群样本的16SrRNA，包括：从NCBI数据库中获取来自十个不同项目的海洋珊瑚菌群样本的16SrRNA。3.根据权利要求1所述的海洋珊瑚菌群结构分析、基因挖掘方法，其特征在于，所述对所述16SrRNA进行OTU聚类得到OTU表，包括：采用Parallel-META3分析方法将16SrRNA按照97％的相似性聚类成6,6183个OTU，与Greengenes参考数据库比对进行初步过滤，将菌群鉴定到门、纲、目、科及属分类学水平上，获取所述OTU表。4.根据权利要求2所述的海洋珊瑚菌群结构分析、基因挖掘方法，其特征在于，所述剔除所述OTU表中分布不均匀的OTU，包括：采用R软件挑选出所述Parallel-META3分析方法过程中出现的分布不均匀的OTU。5.根据权利要求1所述的海洋珊瑚菌群结构分析、基因挖掘方法，其特征在于，所述采用QIIME2分析流程对剔除分布不均匀的OTU后的海洋珊瑚菌群样本进行分析，获取海洋珊瑚菌群的分类结果，包括：调用QIIME2中的typeEMPSingleEndSequences命令将海洋珊瑚菌群样本格式化为qza或qzv格式，制作包括海洋珊瑚菌群样本名称、序列的绝对路径及序列方向的csv样品文件格式清单，采用“qiimequality-filterq-score”命令将格式化的海洋珊瑚菌群样本按照质量分数进行初步过滤；采用p-trunc-len将p-trim-left去除边缘低质量区，并生成Feature表；将所述Feature表与Greengenes参考数据库，Silva综...

【专利技术属性】
技术研发人员：宁康，曹乐，周纯羽，朱雪，
申请(专利权)人：华中科技大学鄂州工业技术研究院，华中科技大学，
类型：发明
国别省市：湖北,42