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宏基因组丰度单位太多,怎么选?

2026-4-23 14:41| 编辑: 沙糖桔| 查看: 93| 评论: 0|来源: 凌恩生物

摘要: 关键原因在于样本间原核生物量的显著差异。

“One-Health”框架下,越来越多的研究关注环境中抗生素抗性(ARG),宏基因组ARG单位有很多种:ARG copy per cell、ARG copy per genome、ARG density、ARG copy per 16S rRNA gene、copies per prokaryotic cell、RPKM、coverage、PPM等,这些单位该怎么选?

近日,一篇发表在《Ecotoxicology and Environmental Safety》的文章,以海口沉积物为研究对象,评估了细胞标准化丰度(拷贝数/原核细胞)(copies per prokaryotic cell)和ppm丰度(序列数/百万序列)的准确性及适应范围,为宏基因组研究提供了重要的方法学指导



实验设计



研究团队在北部湾(BBG)和辽河口(LHE)设置了28个采样点,通过宏基因组测序分析沉积物中的金属抗性基因,同时采用细胞标准化丰度和ppm丰度两种计算方法,以期揭示不同方法对研究结果的影响。



主要研究结果



1、不同计算方式,结果截然相反

基于细胞标准化的相对丰度表明,北部湾沉积物的MRG水平显著更高;而基于ppm的绝对丰度却显示,辽河口沉积物的MRG水平明显更高。

图1 不同计算方式,结果截然相反

2、为什么会出现这种情况?

关键原因在于样本间原核生物量的显著差异。辽河口沉积物中的原核细胞数量显著多于北部湾,这直接影响了两种方法的计算结果。

3、这两种算法的本质区别是什么呢?

细胞标准化丰度:反映个体水平的基因携带量

公式为:基因拷贝数/原核细胞数量。这一方法的核心在于消除生物量差异的影响,专注于每个微生物个体平均携带的基因数量。
当研究样本中的原核细胞数量较多时,即使基因的绝对数量很高,但平均到每个细胞上的基因拷贝数可能相对较低。反之,在生物量较少的样本中,即使基因绝对数量不多,但每个细胞携带的基因拷贝数可能较高。
ppm丰度:反映环境中的绝对基因丰度
ppm丰度(序列数/百万序列)的计算完全不考虑样本中的生物量差异。它直接反映基因在环境样品中的相对比例,体现的是基因在环境中的"存在感"。
这种方法更适合评估基因的环境风险和实际生态影响,因为它直接关联到基因在环境中的总体存在水平。

4、如何选择适合自己的方法?

  依据研究目标而定  


适合细胞标准化丰度的场景:当研究关注微生物群体的功能潜力、基因转移事件或需要消除样本间生物量差异时,细胞标准化方法更为合适。这种方法能够反映每个微生物细胞平均携带的基因拷贝数,适用于评估微生物群体的功能特化程度。

适合ppm丰度的场景:当研究需要了解环境中基因的绝对数量、进行风险评估或关注基因的实际环境负荷时,ppm方法更能反映真实情况。这种方法直接体现基因在环境中的总体存在水平。



参考文献


The normalization of gene abundance affects the discovery: A case of metal resistance genes in coastal sediments.Ecotoxicology and Environmental Safety,2025.



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