确定环境因素与菌群结构和功能相关性的方法及设备技术

本发明专利技术实施例提供了一种确定环境因素与菌群结构和功能相关性的方法及设备。其中，所述方法包括：采用第二代高通量测序，获取菌群样本中所有菌种的标记基因序列，对所述标记基因序列进行分析，得到所述菌种的可操作分类单元，并采用R语言对所述可操作分类单元进行可视化；根据所述菌种的可操作分类单元，对所述菌群样本进行差异性分析，得到所述菌群样本的菌群结构，结合半封闭环境特征参数，确定所述菌群结构和菌群功能，与环境因素的相关性。本发明专利技术实施例提供的确定环境因素与菌群结构和功能相关性的方法及设备，可以较为精确的确定环境因素与菌群结构和功能的相关性。

Method and equipment for determining the correlation between environmental factors and flora structure and function

【技术实现步骤摘要】
确定环境因素与菌群结构和功能相关性的方法及设备
本专利技术实施例涉及微生物组与生物信息
，尤其涉及一种确定环境因素与菌群结构和功能相关性的方法及设备。
技术介绍
近年来，随着测序技术、现代基因组学、蛋白质组学、代谢组学等“组学”理论的发展，系统生物学视角的引入以及生物信息学的应用，微生物基因组学的发展得到了巨大的推动，使得微生态研究得到了极大的丰富。研究表明，微生物组对于地球化学循环起着非常重要的作用，在土壤、海洋、以及湖泊中也对局部的化学循环起着举足轻重的作用。同时，在城市中的生境破碎化、气候因素、地理因素会影响微生物群落的结构组成以及微生物的功能。除此之外，人类活动会对居所内环境的微生物群落产生很大的影响，而且人类活动的密度也会影响环境中微生物群落的状态。越来越多的微生物组与环境因素之间的关联性研究显示，环境微生物和人类活动是相互影响的。基于高通量测序技术的元基因组研究方法是目前认识、分析生物混合体系结构和功能最有效、最重要的方法之一。利用该方法可以较全面的检测微生物样品中微生物的种类和组成，从而使得我们可以较容易的获得环境中微生物的群落组成和功能信息，从而研究微生物和环境以及人类潜在的相互作用。基因组学、蛋白质组学、代谢组学等“组学”理论的发展，多组学联合分析技术的完善，微环境内微生物学研究愈发的炙手可热。凭借着高通量测序的便利，高性能计算的高速发展带来的大数据时代，“人类-微生物-环境”相互作用网络的得到一定程度的完善。然而影响微生物群落的因素多种多样，现有的问题导向的科学研究常常集中研究某一个或者少数几个点，针对半封闭环境的微生物系统化纵向分析鲜见报道。因此，找到一种针对半封闭环境与菌群结构和菌群功能相关性的确定方法，就成为业界亟待填补的技术空白。
技术实现思路
为了有效弥补现有技术存在的上述技术空白，本专利技术实施例提供了一种确定环境因素与菌群结构和功能相关性的方法及设备。第一方面，本专利技术的实施例提供了一种确定环境因素与菌群结构和功能相关性的方法，包括：采用第二代高通量测序，获取菌群样本中所有菌种的标记基因序列，对所述标记基因序列进行分析，得到所述菌种的可操作分类单元，并采用R语言对所述可操作分类单元进行可视化；根据所述菌种的可操作分类单元，对所述菌群样本进行差异性分析，得到所述菌群样本的菌群结构，结合半封闭环境特征参数，确定所述菌群结构和菌群功能，与环境因素的相关性。进一步地，所述对所述标记基因序列进行分析，得到所述菌种的可操作分类单元，包括：采用MOthur和Qiime生物信息学工具，对所述标记基因序列进行分析，得到所述菌种的可操作分类单元。进一步地，所述根据所述菌种的可操作分类单元，对所述菌群样本进行差异性分析，得到所述菌群样本的菌群结构，包括：根据所述菌种的可操作分类单元，对照GreenGene数据库，得到所述菌群样本的相对丰度组成信息，根据所述相对丰度组成信息，将所述菌群样本分组，采用主坐标分析法和主成分分析法，对所述相对丰度组成信息和所述菌种的可操作分类单元，进行差异性分析，得到所述菌群样本的菌群结构。进一步地，所述主坐标分析法，包括：采用Unweighted_Unifrac方法，对所述菌群样本的相对丰度组成信息，及所述菌种的可操作分类单元，分别进行菌种之间的距离计算，得到菌种间的欧式距离，并根据所述欧式距离，得到所述相对丰度组成信息的皮尔森相关性。进一步地，所述半封闭环境特征参数，包括：大气压力、人类活动和温度。进一步地，所述结合半封闭环境特征参数，确定所述菌群结构和菌群功能，与环境因素的相关性，包括：对所述菌群样本的菌群结构、大气压力、人类活动和温度进行Z-Score标准化，将标准化后的结果进行Mantel检验，得到所述大气压力、人类活动和温度，对所述菌群样本的菌群结构和菌群功能的影响效果指标。第二方面，本专利技术的实施例提供了一种确定环境因素与菌群结构和功能相关性的装置，包括：菌种的可操作分类单元获取模块，用于采用第二代高通量测序，获取菌群样本中所有菌种的标记基因序列，对所述标记基因序列进行分析，得到所述菌种的可操作分类单元，并采用R语言对所述可操作分类单元进行可视化；相关性确定模块，用于根据所述菌种的可操作分类单元，对所述菌群样本进行差异性分析，得到所述菌群样本的菌群结构，结合半封闭环境特征参数，确定所述菌群结构和菌群功能，与环境因素的相关性。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确定环境因素与菌群结构和功能相关性的方法。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确定环境因素与菌群结构和功能相关性的方法。本专利技术实施例提供的确定环境因素与菌群结构和功能相关性的方法及设备，通过对菌群样本中所有菌种的标记基因序列进行分析，得到菌种的可操作分类单元，在此基础上得到菌群样本的菌群结构，并结合半封闭环境特征参数，可以较为精确的确定环境因素与菌群结构和功能的相关性。附图说明为了更清楚地说明本专利技术实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图做一简单的介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本专利技术的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。图1为本专利技术实施例提供的确定环境因素与菌群结构和功能相关性的方法流程图；图2为本专利技术实施例提供的菌群样本中菌种在们水平上的相对丰度示意图；图3为本专利技术实施例提供的半封闭环境中菌群结构和温度关系示意图；图4为本专利技术实施例提供的CCDL相互间及半封闭环境内菌群结构多样性示意图；图5为本专利技术实施例提供的半封闭环境内菌群结构和功能稳定性关系示意图；图6为本专利技术实施例提供的多因素对半封闭环境中菌群功能影响示意图；图7为本专利技术实施例提供的确定环境因素与菌群结构和功能相关性的装置结构示意图；图8为本专利技术实施例提供的电子设备的实体结构示意图。具体实施方式为使本专利技术实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本专利技术实施例中的附图，对本专利技术实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本专利技术一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本专利技术中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本专利技术保护的范围。另外，本专利技术提供的各个实施例或单个实施例中的技术特征可以相互任意结合，以形成可行的技术方案，但是必须是以本领域普通技术人员能够实现为基础，当技术方案的结合出现相互矛盾或无法实现时，应当认为这种技术方案的结合不存在，也不在本专利技术要求的保护范围之内。本专利技术实施例提供了一种确定环境因素与菌群结构和功能相关性的方法，参见图1，该方法包括：101、采用第二代高通量测序，获取菌群样本中所有菌种的标记基因序列，对所述标记基因序列进行分析，得到所述菌种的可操作分类单元，并采用R语言对所述可操作分类单元进行可视化；102、本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种确定环境因素与菌群结构和功能相关性的方法，其特征在于，包括：采用第二代高通量测序，获取菌群样本中所有菌种的标记基因序列，对所述标记基因序列进行分析，得到所述菌种的可操作分类单元，并采用R语言对所述可操作分类单元进行可视化；根据所述菌种的可操作分类单元，对所述菌群样本进行差异性分析，得到所述菌群样本的菌群结构，结合半封闭环境特征参数，确定所述菌群结构和菌群功能，与环境因素的相关性。

【技术特征摘要】
1.一种确定环境因素与菌群结构和功能相关性的方法，其特征在于，包括：采用第二代高通量测序，获取菌群样本中所有菌种的标记基因序列，对所述标记基因序列进行分析，得到所述菌种的可操作分类单元，并采用R语言对所述可操作分类单元进行可视化；根据所述菌种的可操作分类单元，对所述菌群样本进行差异性分析，得到所述菌群样本的菌群结构，结合半封闭环境特征参数，确定所述菌群结构和菌群功能，与环境因素的相关性。2.根据权利要求1所述的确定环境因素与菌群结构和功能相关性的方法，其特征在于，所述对所述标记基因序列进行分析，得到所述菌种的可操作分类单元，包括：采用MOthur和Qiime生物信息学工具，对所述标记基因序列进行分析，得到所述菌种的可操作分类单元。3.根据权利要求1所述的确定环境因素与菌群结构和功能相关性的方法，其特征在于，所述根据所述菌种的可操作分类单元，对所述菌群样本进行差异性分析，得到所述菌群样本的菌群结构，包括：根据所述菌种的可操作分类单元，对照GreenGene数据库，得到所述菌群样本的相对丰度组成信息，根据所述相对丰度组成信息，将所述菌群样本分组，采用主坐标分析法和主成分分析法，对所述相对丰度组成信息和所述菌种的可操作分类单元，进行差异性分析，得到所述菌群样本的菌群结构。4.根据权利要求3所述的确定环境因素与菌群结构和功能相关性的方法，其特征在于，所述主坐标分析法，包括：采用Unweighted_Unifrac方法，对所述菌群样本的相对丰度组成信息，及所述菌种的可操作分类单元，分别进行菌种之间的距离计算，得到菌种间的欧式距离，并根据所述欧式距离，得到所述相对丰度...

【专利技术属性】
技术研发人员：宁康，陈超云，何睿乔，成章昱，韩毛振，查毓国，杨朋硕，姚奇，周豪，钟朝芳，
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