多文聚焦：新方法新技术，助菌群研究更上一层楼
01月13日的《热心肠日报》，我们解读了 10 篇文献，关注：方法学，生信，微生物组，标志物，宏基因组，病毒，数据库，转录组，中介分析，测序，染色质可及性。
房刚等Nature子刊：新型“智能镊子”可从微生物组中选择特定菌株完成测序
Nature Methods——[48]
① 开发出一种新型测序方式mEnrich-seq，可在测序前富集宏基因组DNA中感兴趣的类群；② 该方法利用细菌DNA自然甲基化自我与非自我分化区分，选择甲基化敏感的内切酶消耗宿主和背景类群、富集目标类群；③ 与文库制备程序结合，可从人尿液和粪便样本中富集（高达117倍）致病或有益细菌，包括难以培养或低丰度物种；④ 通过对已经绘制的4601个细菌甲基组分析，约68%细菌基因组可通过至少一个限制酶进行mEnrich-seq富集，涵盖54.78%的物种。
【主编评语】
复杂基因组的细菌物种、高度偏斜的丰度分布以及与病毒、真菌和宿主细胞混合在一起。测序吞吐量主要被丰度较高的微生物消耗，而丰度较低的微生物无法以经济高效的方式进行测序和研究。近日，纽约西奈山医学院房刚及团队在Nature Methods发表最新研究，开发出一种新型测序方式mEnrich-seq，可在测序前富集宏基因组DNA中感兴趣的类群，普适性较好，值得关注。（@九卿臣）
【原文信息】
mEnrich-seq: methylation-guided enrichment sequencing of bacterial taxa of interest from microbiome
2024-01-04, doi: 10.1038/s41592-023-02125-1
Nature子刊：使用Stabl发现稀疏、可靠的组学生物标志物
Nature Biotechnology——[46.9]
① Stabl是一种有监督机器学习框架，将噪声注入和数据驱动的信噪比阈值集成到多变量预测建模中，识别一组稀疏、可靠的生物标志物；② 在合成数据集和五项独立的临床研究上测试，与常用的稀疏促进正则化方法相比，Stabl可提高生物标志物的稀疏性和可靠性，同时保持预测性能；③ Stabl可扩展到多组学整合任务，能够对复杂的预测模型进行生物学解释；④ Stabl提供了一个强大的机器学习管道，有望在所有组学数据中推广。
【主编评语】
在临床研究中采用高内涵组学技术，已经产生了大量的候选生物标志物。然而，将这些发现转化为真正的临床生物标志物仍然具有挑战性。近日，斯坦福大学研究人员在Nature Biotechnology发表最新研究，开发出强大的机器学习管道，可扩展到多组学整合任务，能够对复杂的预测模型进行生物学解释，测试性能较好，值得关注。（@九卿臣）
【原文信息】
Discovery of sparse, reliable omic biomarkers with Stabl
2024-01-02, doi: 10.1038/s41587-023-02033-x
Nature子刊：微生物组多组差异分析工具—ANCOM-BC2
Nature Methods——[48]
① 开发出可用于多组微生物组研究的偏倚校正分析微生物组组成方法2（ANCOM-BC2），允许对协变量和重复测量进行建模分析；② ANCOM-BC2既考虑样本特异性偏倚，也考虑分类单元特定偏倚，有助于控制FDR；③ ANCOM-BC2使用基于约束统计推断方法和混合定向FDR方法进行多次成对比较，通过敏感性分析过滤可能误报的差异丰度微生物；④ 通过两个数据集（干旱对土壤微生物组的影响、手术干预对炎症性肠病患者微生物组的影响）评估了ANCOM-BC2性能。
【主编评语】
先前文献中大多数差异分析都聚焦在两组之间的比较，多组差异分析的方法尚未得到充分研究。现有的方法对多组数据的处理通常是进行两两比较，方法如ANCOM-II能处理多组比较，但不能对偏差进行矫正，无法控制协变量，以及无法解决重复样本的问题。近日，研究人员在Nature methods发表最新研究，开发出可用于多组微生物组研究的偏倚校正分析微生物组组成方法2（ANCOM-BC2），允许对协变量和重复测量进行建模分析，值得关注。（@九卿臣）
【原文信息】
Multigroup analysis of compositions of microbiomes with covariate adjustments and repeated measures
2023-12-29, doi: 10.1038/s41592-023-02092-7
Nature子刊：适用于PacBio HiFi数据组装的工具metaMDBG
Nature Biotechnology——[46.9]
① MetaMDBG是基于MDBG用于PacBio HiFi读取的宏基因组组装程序，其速度比目前工具快1.5-12倍，且只需1/10-1/30内存；② 在装配前使用读数矫正，后期可获得更高质量的MAGs；③ MetaMDBG将最小化空间中的广义Bruijn图组装与最小化序列的迭代组装结合，以解决基因组覆盖深度的变化，并采用基于丰度的过滤策略简化菌株复杂性；④ 对于复杂群落，获得的高质量环状原核生物MAGs是现有方法的两倍，并且具有更好的病毒和质粒回收率。
【主编评语】
长读长测序技术，如PacBio HiFi，正在迅速成为基因组学研究的新黄金标准。近日，研究人员在Nature Biotechnology发表最新研究，开发出metaMDBG，一个基于MDBG的长而准确的宏基因组读取组装工具，相比现有的工具，metaMDBG组装速度更快，占用内存较小，实测性能较好，值得关注。（@九卿臣）
【原文信息】
High-quality metagenome assembly from long accurate reads with metaMDBG
2024-01-02, doi: 10.1038/s41587-023-01983-6
Nature子刊：向公共数据库提交未培养的病毒基因组序列用于分类的指南
Nature Biotechnology——[46.9]
① 未培养的病毒基因组序列是指未在实验室环境中培养的病毒基因组，通常直接从土壤或水等环境样本中获得；② 将病毒基因组序列提交到公共数据库可让其他研究人员访问和分析数据，获得新的发现和对病毒生物学的见解；③ 提交指南包括报告病毒起源、基因组质量、基因组注释、分类、生物地理分布和宿主预测，以及格式化数据并将其上传到数据库的说明；④ 遵循这些指南有助于确保提交的序列对其他研究人员有用，并有助于推动病毒学领域的发展。
【主编评语】
Nature Biotechnology近期发表的文章，提出了向公共数据库提交未培养的病毒基因组序列用于分类的指南。（@章台柳）
【原文信息】
Guidelines for public database submission of uncultivated virus genome sequences for taxonomic classification
2023-07-10, doi: 10.1038/s41587-023-01844-2
Nature子刊：PRO-seq解析微生物组的转录组学
Nature Microbiology——[28.3]
① 在培养的大肠杆菌和各种未培养的细菌中使用PRO-seq来定位新合成转录本，发现PRO-seq可以表征小的、结构化的或转录后修饰的RNA的转录，而这些RNA通常不存在于bulk RNA-seq文库中；② 将PRO-seq应用于人类微生物组，发现了分类单元特异性的RNAP暂停基序和在非编码RNA基因座分布的暂停位点，这些分布反映了结构一致的暂停（转录暂停是RNAP起始转录后停滞在20-60nt位置的一种现象）；③ 揭示出CRISPR gRNA和转移RNA的转录和切割同时发生。
【主编评语】
细菌通过精确调节转录起始和延伸来对环境刺激做出反应，但RNAseq主要表征成熟的转录本。PRO-seq可捕获正在转录的RNA聚合酶（RNAP）从而鉴定出活跃转录的基因位点，但PRO-seq只在可培养的已知基因组的细菌中使用过，如大肠杆菌和枯草芽孢杆菌。Nature Microbiology近期发表的文章，将PRO-seq成功应用于培养的大肠杆菌和人类微生物组，拓展了PRO-seq在探索不同微生物群落中转录动力学的应用。（@章台柳）
【原文信息】
Precision run-on sequencing (PRO-seq) for microbiome transcriptomics
2024-01-03, doi: 10.1038/s41564-023-01558-w
PhyloMed方法助力挖掘微生物组中介效应
Genome Biology——[12.3]
① 基于系统发育的微生物组成高维介质分析方法PhyloMed，可结合内部节点上的局部中介p值来解析微生物组的中介效应；② 该方法能控制I型错误并提高微生物组在全局中介测试的能力，也能发现其中介子成分；③ 该方法可应用于小鼠盲肠微生物组在抗生素治疗与体脂关系中的研究，能解析可能的机制，也可丰富聚集在发育树上的中介信号；④ 该方法可应用于人体肠道微生物组在脂肪摄入与体重指数关系中的研究，能检测到大量分类群中的稀疏中介信号。
【主编评语】
越来越多的微生物组研究利用中介分析来发现微生物组的因果中介效应。Genome Biology发表的这项研究，为解决微生物组中介分析中统计功率低的问题，开发了一种基于系统发育的微生物组中介分析方法——PhyloMed。与直接识别单个中介类群的现有方法不同，PhyloMed通过分析系统发育树上定义的子组合来发现中介信号。（@mildbreeze）
【原文信息】
PhyloMed: a phylogeny-based test of mediation effect in microbiome
2023-04-11, doi: 10.1186/s13059-023-02902-3
Nature子刊：从菌群中挖掘抗生素
Nature Microbiology——[28.3]
① Torres Salazar等人报道了表皮葡萄球菌的生物合成基因簇，可以生产一种具有独特特征的新型抗菌剂epifadin；② Epifadin具有肽-聚烯-四胺酸的化学杂化结构，这使其具有两亲性和带电性以及内在反应性；③ epifadin的生物合成操纵子包含NRPS-PKS基因簇，其在世界各地的表皮葡萄球菌和解糖葡萄球菌基因组中偶尔出现；④ 由于其很短的半衰期，这种具有反应性的分子的直接临床应用是困难的，但利用共生微生物本身可能成为一种替代方案。
【主编评语】
本文作者对前人发现的短寿命新型抗菌剂epifadinj进行了报道并发表了自己的一些观点，他认为前人的研究为探索这些新领域和验证关于短寿命代谢物的假设提供了基础，同时也为揭示菌群中丰富多样的化合物提供了卓越的范例。这种研究将激发这一领域的研究活力。对于这些化合物，从初步检测到结构解析的化学分析都面临重大挑战，可能需要针对每个案例定制独特的方法。（@刘永鑫-农科院-宏基因组）
【原文信息】
Mining the microbiota for antibiotics
2024-01-04, doi: 10.1038/s41564-023-01568-8
Nature子刊: 利用全长转录组多重阵列测序技术检测RNA同源异构体
Nature Biotechnology——[46.9]
① 开发了一种将DNA片段可编程串联成长复合序列分子的方法，即多路阵列测序，当MAS-seq用于转录本同源异构体测序时，称之为MAS-ISO-seq；② MAS-ISO-seq接头的程序化序列模式为有效的cDNA分割提供了标志，并为检测畸形或其他有缺陷的阵列结构提供了新的方法；③ MAS-ISO-seq能够直接鉴定转录本同源异构体，而不需要进行额外的分析，因此其同源异构体的分配率展现出了较高的正确率；④ 该工作流程可以与兼容的长读长测序平台协同发展。
【主编评语】
本研究开发了一种多重阵列测序技术（MAS-ISO-seq；multiplexed arrays isoform sequencing），可将 cDNA 串联成可用于最佳长读长测序的单分子的技术，该方法能够将Sequel II测序仪上的测序通量增加至少15倍，达到每次近4000万个cDNA测序序列。当该方法应用于肿瘤浸润性T细胞的单细胞RNA测序时，MAS-ISO-seq检测到的差异剪接基因可增加约12-32倍。（@刘永鑫-农科院-宏基因组）
【原文信息】
High-throughput RNA isoform sequencing using programmed cDNA concatenation
2023-06-08, doi: 10.1038/s41587-023-01815-7
南京大学iMeta：用于构建基因动态调控和网络的整合分析平台
iMeta——[N/A]
① 作者开发了cisDynet，它可全面、高效地处理染色质可及性数据，包括预处理、高级下游数据分析和可视化；② cisDynet 提供了一系列分析功能，如处理时间序列数据、共开放分析、将染色质可及区（OCR）关联到靶基因、构建顺式调控网络和全基因组关联研究变异富集分析；③ cisDynet 可简化组织/细胞类型特异性OCR或随时间发生动态变化的OCR鉴定，并有助于整合 RNA-seq 数据以描述时间轨迹。
【主编评语】
南京大学陈迪俊团队在iMeta发表研究，推出了cisDynet，旨在利用染色质可及性数据为顺式调控动态和基因调控网络建模, cisDynet使用 Snakemake 和 R 函数将数据预处理和高级下游分析功能结合在一起。cisDynet 为研究人员提供了一个用户友好型解决方案，最大限度地减少了编程的需要，确保了结果的可重复性，并大大简化了表观基因组数据的探索。（@刘永鑫-农科院-宏基因组）
【原文信息】
cisDynet: An integrated platform for modeling gene-regulatory dynamics and networks
2023-11-23, doi: 10.1002/imt2.152
感谢本期日报的创作者：圆滑的铁勺，熙子，Leo，Zzz，湖人总冠军，章台柳，Jack Chen，刘永鑫-农科院-宏基因组
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