【摘 要】
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用于识别宏病毒组中病毒序列的生物信息学工具的出现提高了识别已知、新型和整合病毒的能力,但是目前对于这些工具的效果还没有统一的评估。本次实验基于8个生物信息学病毒鉴定工具,通过模拟4个微生物群落,分析每个工具的recall、precision和F1-score,同时基于3个病毒丰度统计工具,分析每个软件的FPKM(ragments Per Kilobase of exon model per Mil
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用于识别宏病毒组中病毒序列的生物信息学工具的出现提高了识别已知、新型和整合病毒的能力,但是目前对于这些工具的效果还没有统一的评估。本次实验基于8个生物信息学病毒鉴定工具,通过模拟4个微生物群落,分析每个工具的recall、precision和F1-score,同时基于3个病毒丰度统计工具,分析每个软件的FPKM(ragments Per Kilobase of exon model per Million mapped fragments)值。宏病毒组学的出现突破了传统病毒学研究的限制,在扩大对病毒的认识以及病毒与宿主的关系方面做出了巨大的贡献,但对海洋生物的病毒学研究只做出了相对较少的努力,尤其是几乎没有探索与双壳类宿主有关的海洋病毒的复杂性,牡蛎则是开展这一领域研究的理想目标。基于生物信息学工具对中国华南沿海牡蛎数据进行质控、组装、物种注释后,挑选出其中疑似圆环病毒基因组序列进行进化树构建、基因组比较、蛋白结构域分析、三维结构预测和病毒丰度分析。基于生物信息学工具评估的结果,选取效果最好的,分析从2014年到2021年中国华南沿海多个地区采集的香港牡蛎(Crassostrea hongkongensis)和长牡蛎(Crassostrea gigas),这部分数据合并为DOV(Dataset of Oyster Virome),同时下载GOV(Global Ocean Viromes)数据,是海洋病毒组的数据,对于牡蛎体内的病毒在不同的数据库(DOV和GOV)、不同的物种(香港牡蛎和长牡蛎)和不同的取样组织(鳃、幼体、血淋巴和组织)的分组下的规律进行alpha多样性研究,同时对牡蛎体内的核心物种在不同的数据库、不同的物种和不同的取样组织等分组下的规律进行alpha多样性研究。本研究得到的主要结果如下:1.病毒鉴定工具评估和病毒丰度统计工具评估从recall值来看,对于模拟群落1和2来说,recall值最高的软件是seeker,其次是checkv;对于模拟群落3和4来说,recall值最高的软件是diamond,其次是checkv。从precision值来看,对于模拟群落1、2、3来说,precision值最高的diamond,其次是checkv,对于模拟群落4来说,几个软件区分不是特别明显。从F1-score来看,四个模拟群落值最高的是diamond和checkv。鉴于diamond的精确性优于checkv,同时checkv和diamond的结果在召回率方面表现基本一致,且对于模拟群落1和2来说,checkv的recall值显著高于diamond。因此在对于宏病毒组数据分析时,建议采用checkv先进行病毒鉴定的预测,得到数量较多的病毒,在其基础上,用diamond的方法增加其精确性。2.基于软件结果分析新型牡蛎相关圆环病毒基因组在养殖牡蛎体内鉴定到了5个序列完整的、新型牡蛎相关圆环病毒基因组,且5个病毒基因组在多个样品中存在。结果显示:5条病毒序列与已知的圆环病毒聚类在一个大的分支,说明其是圆环病毒科成员;5条病毒基因组序列均含有一个复制酶蛋白基因,且均与节肢动物圆环病毒复制酶蛋白序列最为相似;5条序列与另外7条公共数据库检索到的序列形成了一个独立的子分支,且该分支的序列来源多为动物相关样品;基于结构域分析软件(SMART)鉴定到多数序列中存在复制酶的保守结构域。牡蛎新型病毒的研究对于促进牡蛎病毒研究、推动贝类病害防控和相关产业发展具有一定参考价值。3.基于生物信息软件结果分析牡蛎病毒多样性基于生物信息学软件的结果,对中国华南沿海等多地养殖牡蛎体内的病毒的群落结构进行alpha多样性分析,结果如下:除了丰富度指数之外,香农指数、辛普森指数和均匀度指数,DOV和GOV数据总体存在显著差异(p<0.05),且DOV数据的丰富度指数、香农指数、辛普森指数、均匀度指数均低于GOV。对DOV的数据按照组织分组来区分,GOV数据的四个指数均高于DOV按照组织分组的各个组。其中DOV的数据中,幼体的丰富度指数均高于血淋巴、鳃和组织;血淋巴的香农指数、辛普森指数和均匀度指数均高于幼体、鳃和组织。对DOV的数据按照物种来源分组进行区分,和GOV的整体的数据进行分析,结果显示,长牡蛎的丰富度指数、香农指数、辛普森指数和均匀度指数均低于香港牡蛎,两者均低于GOV。核心物种的结果和总体上的结果基本一致。DOV和GOV两个数据库中共有的科数量最多的是肌尾病毒科(Myoviridae)。使用生物学分析工具进行病毒群落多样性和病毒科研究,为海洋病毒以及微生物多样性提供新的视角。
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