Recent sequencing technology development has revolutionized fields of microbial ecology. MiSeq-based microbial community analysis allows us to sequence more than a few hundred samples at a time, which is far more cost-effective than pyrosequencing. The approach, however, has not been preferably used owing to computational difficulties of processing huge amounts of data as well as known Illumina-derived artefact problems with amplicon sequencing. The choice of assembly software to take advantage of paired-end sequencing and methods to remove Illumina artefacts sequences are discussed. The protocol we suggest not only removed erroneous reads, but also dramatically reduced computational workload, which allows even a typical desktop computer to process a huge amount of sequence data generated with Illumina sequencers. We also developed a Web interface (http://biotech.jejunu.ac.kr/ ~abl/16s/) that allows users to conduct fastq-merging and mothur batch creation. The study presented here should provide technical advantages and supports in applying MiSeq-based microbial community analysis.
Na, Hee Sam;Yu, Yeuni;Kim, Si Yeong;Lee, Jae-Hyung;Chung, Jin
한국미생물·생명공학회지
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제48권4호
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pp.574-581
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2020
Next generation sequencing is commonly used to characterize the microbiome structure. MiSeq is commonly used to analyze the microbiome due to its relatively long read length. However, recently, Illumina introduced the 250x2 chip for HiSeq 2500. The purpose of this study was to compare the performance of MiSeq and HiSeq in the context of oral microbiome samples. The MiSeq Reagent Kit V3 and the HiSeq Rapid SBS Kit V2 were used for MiSeq and HiSeq 2500 analyses, respectively. Total read count, read quality score, relative bacterial abundance, community diversity, and relative abundance correlation were analyzed. HiSeq produced significantly more read sequences and assigned taxa compared to MiSeq. Conversely, community diversity was similar in the context of MiSeq and HiSeq. However, depending on the relative abundance, the correlation between the two platforms differed. The correlation between HiSeq and MiSeq sequencing data for highly abundant taxa (> 2%), low abundant taxa (2-0.2%), and rare taxa (0.2% >) was 0.994, 0.860, and 0.416, respectively. Therefore, HiSeq 2500 may also be compatible for microbiome studies. Importantly, the HiSeq platform may allow a high-resolution massive parallel sequencing for the detection of rare taxa.
In this study, the roots and rhizosphere soil of Abies koreana and Taxus cuspidata were collected from sites at two different altitudes on Mt. Halla. Ectomycorrhizal fungi (EMF) were identified by Illumina MiSeq sequencing. The proportion of EMF from the roots was 89% in A. koreana and 69% in T. cuspidata. Among EMF in rhizosphere soils, the genus Russula was the most abundant in roots of A. koreana (p < 0.05). The altitude did not affect the biodiversity of EMF communities but influenced fungal community composition. However, the host plants had the most significant effect on EMF communities. The result of the EMF community analysis showed that even if the EMF were isolated from the same altitudes, the EMF communities differed according to the host plant. The community similarity index of EMF in the roots of A. koreana was higher than that of T. cuspidata (p < 0.05). The results show that both altitude and host plants influenced the structure of EMF communities. Conifers inhabiting harsh sub-alpine environments rely strongly on symbiotic relationships with EMF. A. koreana is an endangered species with a higher host specificity of EMF and climate change vulnerability than T. cuspidata. This study provides insights into the EMF communities, which are symbionts of A. koreana, and our critical findings may be used to restore A. koreana.
Ma, Xiaojian;Wu, Chongde;Jun, Huang;Zhou, Rongqing;Shi, Bi
Journal of Microbiology and Biotechnology
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제28권7호
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pp.1168-1177
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2018
The aim of this study was to investigate the microbial community of three tannery wastewater treatment plants (WWTPs) involved in nitrification by Illumina MiSeq sequencing. The results showed that highly diverse communities were present in tannery wastewater. A total of six phyla, including Proteobacteria (37-41%), Bacteroidetes (6.04-16.80), Planctomycetes (3.65-16.55), Chloroflexi (2.51-11.48), Actinobacteria (1.91-9.21), and Acidobacteria (3.04-6.20), were identified as the main phyla, and Proteobacteria dominated in all the samples. Within Proteobacteria, Beta-proteobacteria was the most abundant class, with the sequence percentages ranging from 9.66% to 17.44%. Analysis of the community at the genus level suggested that Thauera, Gp4, Ignavibacterium, Phycisphaera, and Arenimonas were the core genera shared by at least two tannery WWTPs. A detailed analysis of the abundance of ammonia-oxidizing bacteria (AOB) and nitrite-oxidizing bacteria (NOB) indicated that Nitrosospira, Nitrosomonas, and Nitrospira were the main AOB and NOB in tannery wastewater, respectively, which exhibited relatively high abundance in all samples. In addition, real-time quantitative PCR was conducted to validate the results by quantifying the abundance of the AOB and total bacteria, and similar results were obtained. Overall, the results presented in this study may provide new insights into our understanding of key microorganisms and the entire community of tannery wastewater and contribute to improving the nitrogen removal efficiency.
Several studies have reported the effect of absorption of procyanidins and their contribution to the small intestine. However, differences between dietary interventions of procyanidins and interventions via antibiotic feeding in pigs are rarely reported. Following 16S rRNA gene Illumina MiSeq sequencing, we observed that both procyanidin administration for 2 months (procyanidin-1 group) and continuous antibiotic feeding for 1 month followed by procyanidin for 1 month (procyanidin-2 group) increased the number of operational taxonomic units, as well as the Chao 1 and ACE indices, compared to those in pigs undergoing antibiotic administration for 2 months (antibiotic group). The genera Fibrobacter and Spirochaete were more abundant in the antibiotic group than in the procyanidin-1 and procyanidin-2 groups. Principal component analysis revealed clear separations among the three groups. Additionally, using the online Molecular Ecological Network Analyses pipeline, three co-occurrence networks were constructed; Lactobacillus was in a co-occurrence relationship with Trichococcus and Desulfovibrio and a co-exclusion relationship with Bacillus and Spharerochaeta. Furthermore, metabolic function analysis by phylogenetic investigation of communities by reconstruction of unobserved states demonstrated modulation of pathways involved in the metabolism of carbohydrates, amino acids, energy, and nucleotides. These data suggest that procyanidin influences the gut microbiota and the intestinal metabolic function to produce beneficial effects on metabolic homeostasis.
Objective: The present study explored the effects of grape seed procyanidin extract (GSPE) on rumen fermentation, methane production and archaeal communities in vitro. Methods: A completely randomized experiment was conducted with in vitro incubation in a control group (CON, no GSPE addition; n = 9) and the treatment group (GSPE, 1 mg/bottle GSPE, 2 g/kg dry matter; n = 9). The methane and volatile fatty acid concentrations were determined using gas chromatography. To explore methane inhibition after fermentation and the response of the ruminal microbiota to GSPE, archaeal 16S rRNA genes were sequenced by MiSeq high-throughput sequencing. Results: The results showed that supplementation with GSPE could significantly inhibit gas production and methane production. In addition, GSPE treatment significantly increased the proportion of propionate, while the acetate/propionate ratio was significantly decreased. At the genus level, the relative abundance of Methanomassiliicoccus was significantly increased, while the relative abundance of Methanobrevibacter decreased significantly in the GSPE group. Conclusion: In conclusion, GSPE is a plant extract that can reduce methane production by affecting the structures of archaeal communities, which was achieved by a substitution of Methanobrevibacter with Methanomassiliicoccus.
To investigate the effects of Lactobacillus curvatus and Leuconostoc mesenteroides on suan cai (pickled Chinese cabbage) fermentation, L. curvatus and/or Ln. mesenteroides were inoculated into suan cai. Physicochemical indexes were measured, and the microbial dynamics during the fermentation were analyzed by Illumina MiSeq sequencing and quantitative polymerase chain reaction (qPCR). The results showed that inoculation with lactic acid bacteria (LAB) lowered the pH of the fermentation system more rapidly. The decrease in water-soluble carbohydrates in the inoculated treatments occurred more rapidly than in the control. The LAB counts in the control were lower than in other inoculated treatments during the first 12 days of fermentation. According to the Illumina MiSeq sequencing analyses, Firmicutes, Proteobacteria, Bacteroidetes, Actinobacteria, Cyanobacteria, Fusobacteria, and Verrucomicrobia were present in the fermentations, along with other unclassified bacteria. Generally, Firmicutes was predominant during the fermentation in all treatments. At the genus level, 16 genera were detected. The relative abundance of Lactobacillus in all inoculated treatments was higher than in the control. The relative abundance of Lactobacillus in the treatments containing L. curvatus was higher than in the Ln. mesenteroides-only treatment. The relative abundance of Leuconostoc in the Ln. mesenteroides-containing treatments increased continuously throughout the fermentation. Leuconostoc was highest in the Ln. mesenteroides-only treatment. According to the qPCR results, L. curvatus and/or Ln. mesenteroides inoculations could effectively inhabit the fermentation system. L. curvatus dominated the fermentation in the inoculated treatments.
Fungal endophytes have been recorded in various plant species with a richness of diversity, and their presence plays an essential role in host plant protection against biotic and abiotic stresses. This study applied the Illumina MiSeq sequencing platform based on the amplification of fungal ribosomal ITS2 region to analyze fungal endophytic communities of two oak species (Quercus mongolica and Q. serrata) with different oak wilt disease susceptibilities in Korea. The results showed a total of 230,768 sequencing reads were obtained and clustered at a 97% similarity threshold into 709 operational taxonomic units (OTUs). The OTUs of Q. serrata were higher than that of Q. mongolica with the number of 617 OTUs and 512 OTUs, respectively. Shannon index also showed that Q. serrata had a significantly higher level of fungal diversity than Q. mongolica. Total of OTUs were assigned into 5 fungal phyla, 17 classes, 60 orders, 133 families, 195 genera, and 280 species. Ascomycota was the dominant phylum with 75.11% relative abundance, followed by Basidiomycota with 5.28%. Leptosillia, Aureobasidium and Acanthostigma were the most abundant genera detected in Q. serrata with the average relative abundance of 2.85, 2.76, and 2.19%, respectively. On the other hand, Peltaster, Cladosporium and Monochaetia were the most common genera detected in Q. mongolica with the average relative abundance of 4.83, 3.03, and 2.87%, respectively. Our results indicated that fungal endophytic communities were significantly different between two oak species and these differences could influence responses of host trees to oak wilt disease caused by Raffaelea quercus-mongolicae.
배경: 최근 차세대염기서열분석법(Next Generation Sequencing: NGS)을 이용한 HLA 형별 분석에 대한 연구가 활발히 진행되고 있다. 이에 HLA 고해상도 분석법의 내재적 한계인 위상 모호성의 문제를 해결하고, 대량 검체 처리가 가능한 NGS 기반 고해상도 HLA 형별 검사법을, 자체 기술로 개발하고자 본 연구를 실시하였다. 방법: HLA NGS를 위한 핵산 추출 조건, 라이브러리 제작 및 PCR 체계 확립, 그리고 생물정보학을 이용한 HLA 형별 분석법을 개발하였다. 본 기관에서 개발한 NGS 기반 HLA 형별 검사의 정확성을 알아보기 위해 SSOP법으로 HLA 형별을 알고 있는 192개 검체와 SBT법으로 HLA 형별을 알고 있는 28개 검체에 대해 NGS 기반으로 검사한 HLA-A, -B 그리고 -DR 형별 결과를 비교해 보았다. 결과: 두 단계의 PCR을 통한 DNA 라이브러리 제작과 MiSeq (Illumina Inc., San Diego, USA) 기기를 이용한 NGS 시퀸싱 그리고 데이터 분석 시스템을 구축하였다. 기존에 HLA 형별을 알고 있는 220개 혈액 검체에 대해 NGS 기반 HLA 형별검사 결과가 모두 일치함을 확인하였다. 결론: NSG 기반 HLA 형별 검사법은 많은 검체를 효율적인 시간 내에 처리가 가능하여 조혈모세포기증 희망자 HLA 검사 등에 유용할 것으로 기대된다.
Lee, Hee Soo;Kwon, Mirae;Heo, Sunhak;Kim, Min Gon;Kim, Geun-Bae
한국축산식품학회지
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제37권4호
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pp.535-541
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2017
This study investigated the psychrotrophic bacteria isolated from chicken meat to characterize their microbial composition during refrigerated storage. The bacterial community was identified by the Illumina MiSeq method based on bacterial DNA extracted from spoiled chicken meat. Molecular identification of the isolated psychrotrophic bacteria was carried out using 16S rDNA sequencing and their putrefactive potential was investigated by the growth at low temperature as well as their proteolytic activities in chicken meat. From the Illumina sequencing, a total of 187,671 reads were obtained from 12 chicken samples. Regardless of the type of chicken meat (i.e., whole meat and chicken breast) and storage temperatures ($4^{\circ}C$ and $10^{\circ}C$), Pseudomonas weihenstephanensis and Pseudomonas congelans were the most prominent bacterial species. Serratia spp. and Acinetobacter spp. were prominent in chicken breast and whole chicken meat, respectively. The 118 isolated strains of psychrotrophic bacteria comprised Pseudomonas spp. (58.48%), Serratia spp. (10.17%), and Morganella spp. (6.78%). All isolates grew well at $10^{\circ}C$ and they induced different proteolytic activities depending on the species and strains. Parallel analysis of the next generation sequencing and culture dependent approach provides in-depth information on the biodiversity of the spoilage microbiota in chicken meat. Further study is needed to develop better preservation methods against these spoilage bacteria.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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