今日Science：遗传对肠道菌群的影响，可比原以为的大！| 热心肠日报
今天是第1871期日报。
Science：研究狒狒14年，揭开被低估的肠道菌群遗传力
Science[IF:47.728]
① 对585只野生狒狒14年间的16234个肠道菌群样本进行纵向分析，发现宿主对肠道菌群的遗传效应几乎是普遍存在的；② 控制饮食、年龄和社会生态学变量后，97%的菌群性状（93%的分类群和7个群落表型）呈现一定程度的显著遗传力，包括在人类中报道过的多个可遗传的菌群表型；③ 菌群性状的遗传力数值通常较低，但受宿主和环境因素调控（如在旱季、低食物多样性和高龄宿主中升高）；④ 横断面分析和小样本量会大大低估菌群性状的遗传力数值。
Gut microbiome heritability is nearly universal but environmentally contingent
07-09, doi: 10.1126/science.aba5483
【主编评语】遗传因素在多大程度上影响肠道菌群？此前基于人群的横断面研究显示，环境因素（如饮食、药物、生活方式等）可能对菌群的塑造起主要作用，而遗传因素的影响可能甚微（https://www.mr-gut.cn/papers/read/1097013359）。但Science最新发表的一项研究通过对野生狒狒肠道菌群进行大样本的长期纵向分析，从另一个角度对这一问题做出了不同的回答。该研究表明，97%的肠道菌群特征（分类群和群落表型）都具有一定程度的显著遗传力。这种遗传力的数值大小会受到宿主年龄和环境因素的影响，而纵向分析和大样本量对于揭示菌群遗传力非常关键。（@mildbreeze）
赵方庆+王金锋：阴道菌群移位可影响子宫健康
Nature Communications[IF:14.919]
① 分析145名女性的阴道和子宫菌群，结合挖掘已报道数据和动物实验，来研究女性生殖道中的微生物移位现象及其对子宫健康的影响；② 子宫和阴道菌群有显著差异，二者随年龄增长发生同步变化且逐渐趋同，流产史和分娩方式也影响二者的群落结构和相似性，慢性子宫内膜炎中存在子宫和阴道菌群失调；③ 大鼠中，向阴道移植菌群可影响子宫菌群的组成，特定的阴道细菌可诱导或减轻子宫内膜炎；④ 阴道菌群的上行移位可影响子宫菌群和子宫内膜健康。
Translocation of vaginal microbiota is involved in impairment and protection of uterine health
07-07, doi: 10.1038/s41467-021-24516-8
【主编评语】阴道和子宫的菌群在女性生殖系统健康中有重要作用，但二者之间的相互作用及其对子宫健康的影响仍不清楚。Nature Communications最新发表了中科院北京生命科学研究院赵方庆、王金锋与研究团队的文章，首次揭示了女性生殖道中的菌群移位，表明阴道菌群的扰动可对子宫的菌群和健康造成影响，提示靶向阴道菌群或能用于改善子宫健康。（@mildbreeze）
SCAPP：组装宏基因组质粒的Python包
Microbiome[IF:14.65]
① SCAPP是从宏基因组测序中组装质粒序列的算法和工具；② SCAPP以Recycler算法的一些关键思想为基础，同时整合有关质粒的生物学知识改进质粒组装；③ 在SCAPP中，组装图用质粒特异性基因 (PSG) 进行注释，节点被分配权重，反映其基于分类器归为质粒的可能性；④ 在大多数情况下，其性能优于现有的宏基因组质粒组装软件（Recycler和metaplasmidSPAdes），并在作者生成的人类肠道质粒组中组装新的和临床相关的质粒。
SCAPP: an algorithm for improved plasmid assembly in metagenomes
06-25, doi: 10.1186/s40168-021-01068-z
【主编评语】本研究开发了 SCAPP（一个易于使用的 Python 包），可以从宏基因组样本中组装完整的质粒序列。SCAPP 以 Recycler 算法的一些关键思想为基础，同时通过整合有关质粒的生物学知识改进质粒组装。在大多数情况下，它的性能优于现有的宏基因组质粒组装软件，SCAPP 是开源软件，可从以下网址获得：https://github.com/Shamir-Lab/SCAPP。（@刘永鑫-中科院-宏基因组）
Nature子刊：基准菌群转换有利于解决组成性和采样深度偏差的实验定量方法
Nature Communications[IF:14.919]
① 作者对 13 种常用分析方法进行了评测；② 发现定量方法其性能明显优于旨在减轻数据组合性和稀疏性的计算策略，不仅可以提高对真阳性关联的识别，还可以减少假阳性检测；③ 在分析炎症病理中观察到的低微生物载量失调的模拟场景时，与未校正的标准化相比，校正采样深度的定量方法显示出更高的精度；④ 研究结果提倡在菌群研究中更广泛地采用实验定量方法，但也建议在无法确定样本微生物载量的特定情况下进行首选转换。
Benchmarking microbiome transformations favors experimental quantitative approaches to address compositionality and sampling depth biases
06-11, doi: 10.1038/s41467-021-23821-6
【主编评语】宏基因组测序中，由于序列矩阵的稀疏性和组成性，菌群数据的下游分析和临床解释仍然具有挑战性，在本研究中，作者对一系列广泛的可用计算和实验转换方法的优点和局限性进行了系统评估，这些方法已被提议用于处理序列数据分析中的组成性和采样深度变化 。作者的基准证明了定量方法在报告样本丰富度以及准确恢复真正的分类单元，分类单元和分类单元间，分类单元与元数据关联方面优于其他计算方法的性能，同时最小化了假阳性关联的检测。（@刘永鑫-中科院-宏基因组）
通过投影将 PERMANOVA 和 LDM 限制为组内比较可提高分析匹配的微生物组数据集的效率
Microbiome[IF:14.65]
① 本文提出了一种新策略，可以与 PERMANOVA 和 LDM 一起使用来分析匹配数据集；② 作者提出的策略在广泛的场景中优于替代策略，包括仅使用受限置换的常用策略；③ 作者还探索了匹配集研究的最优设计，通过对来自两项真实研究的数据的分析说明了PERMANOVA和LDM对各种匹配的菌群数据的灵活性；④ 在使用 PERMANOVA 或 LDM 分析匹配数据集时，包括集合指示变量和集合内置换是一种表现良好的策略，并且能够处理菌群研究中经常出现的复杂数据结构。
Constraining PERMANOVA and LDM to within-set comparisons by projection improves the efficiency of analyses of matched sets of microbiome data
06-09, doi: 10.1186/s40168-021-01034-9
【主编评语】菌群研究中经常出现匹配集数据。因此，需要针对由匹配集组成的数据的统计方法，以在群落水平和/或可操作分类单元 (OTU)水平针对感兴趣的特征检验假设。在本研究中，作者开发了一种新策略，使用 PERMANOVA 和 LDM 来分析各种匹配的菌群数据，以在适用时检验群落水平的假设和个体OTUs。作者描述了他们的策略并与现有的受限置换策略建立了联系，并展示了模拟研究以及在两个具有匹配设计的真实菌群研究中的应用。（@刘永鑫-中科院-宏基因组）
mbImpute：一种准确且稳健的菌群数据插补方法
Genome Biology[IF:13.583]
① 本研究提出了mbImpute方法，这是第一种为菌群数据设计的插补方法，可用于16S 扩增子和宏基因组测序数据；② mbImpute 利用了三个信息来源：分类群计数矩阵、样本协变量和分类群系统发育；③ mbImpute 有两个主要步骤：mbImpute 识别可能的非生物零点，通过从类似的分类群、类似的菌群样本和样本协变量借用信息来估算这些零点；④ mbImpute 在恢复缺失的分类单元丰度和实现差异丰度分类单元识别方面优于非菌群插补方法。
mbImpute: an accurate and robust imputation method for microbiome data
06-28, doi: 10.1186/s13059-021-02400-4
【主编评语】菌群数据分析存在许多非生物零点，为了解决这个问题，作者提出了微生物组数据的第一种插补方法—mbImpute—通过从相似样本、相似分类群和可选元数据中联合借用信息来识别和恢复可能的非生物零点。作者证明 mbImpute 提高了从 2 型糖尿病和结直肠癌的菌群数据中识别疾病相关类群的能力，并且 mbImpute 保留了类群丰度的非零分布。菌群研究人员可以使用 mbImpute 避免在单个分析任务中处理稀疏数据的麻烦，并享受建立数据分析iytk流程的灵活性。mbImputeR 包可在 https://github.com/ruochenj/mbImpute 获得。重现结果的源代码和数据可在 https://doi.org/10.5281/zenodo.4840266 获得。（@刘永鑫-中科院-宏基因组）
HAPiID：快速高效分析人肠道宏蛋白组数据
Microbiome[IF:14.65]
① 增加构建蛋白库涵盖的细菌参考基因组未必能增加比对得到的蛋白数目，反而增加运算时间；② 开发一种由高丰度蛋白引导的宏蛋白组学鉴定方法（HAPiID），将样品宏蛋白组数据先比对人类肠道菌群参考基因组的高丰度蛋白（如核糖体蛋白）库来确定细菌物种组成，筛选主要物种来指导建立蛋白数据库；③ 用8个宏蛋白组数据集进行测试，HAPiID的多肽鉴定数量和速度均超过MetaPro-IQ；④ HAPiID也能用于揭示人类相关的单个或多个细菌物种的蛋白组成。
Using high-abundance proteins as guides for fast and effective peptide/protein identification from human gut metaproteomic data
04-01, doi: 10.1186/s40168-021-01035-8
【主编评语】Microbiome近期发表文章，报道了一种用于宏蛋白组学分析的新方法，能对人肠道宏蛋白组数据进行快速、有效地鉴定，推荐专业人士参考。（@mildbreeze）
南方医科大学：金针菇多糖对小鼠肠道菌群、免疫谱及心脏转录组的调节
International Journal of Biological Macromolecules[IF:6.953]
① FVP可调节小鼠结肠菌群的丰度，对血清生化指标无显著影响；② FVP可影响TCRα链的V基因及J基因，显著改变TRBV1、TRBJ1-6及TRBJ1-5的使用频率，使41个V-J基因对发生变化；③ FVP可调控小鼠心脏转录组，共鉴定出525个基因及1587个mRNA的显著变化；④ 其中上调的mRNA富集于17个通路，包括黏着连接、mTOR信号通路、胰岛素信号通路、线粒体自噬、紧密连接等；⑤ 下调的mRNA富集的通路包括心肌收缩、细胞色素P450对外源物质的代谢等。
The biological regulatory activities of Flammulina velutipes polysaccharide in mice intestinal microbiota, immune repertoire and heart transcriptome
07-01, doi: 10.1016/j.ijbiomac.2021.06.175
【主编评语】南方医科大学的廖文镇团队International Journal of Biological Macromolecules上发表的一项最新研究，发现金针菇多糖（FVP）可调节小鼠的肠道菌群、TCR谱及心脏转录组。（@aluba）
为何有的胖小鼠更易得糖尿病？与菌群及其代谢物等有关
Microbiome[IF:14.65]
① 6周龄ob/ob和db/db小鼠在7周内均发生严重肥胖（体重、脂肪量和瘦体重增量相当），但两种小鼠的葡萄糖代谢和葡萄糖诱导的胰岛素分泌有显著差异；② 两种小鼠脂肪分布不同，db/db小鼠有更多的皮下脂肪，而ob/ob小鼠附睾脂肪更多；③ ob/ob小鼠的肝脏脂肪变性比db/db小鼠更明显；④ db/db小鼠有更高的皮下脂肪组织炎症，而ob/ob小鼠肝脏炎症更明显；⑤ 两种小鼠的19种肠道微生物、血清LPS浓度、肝胆汁酸含量和盲肠短链脂肪酸谱明显不同。
Novel insights into the genetically obese (ob/ob) and diabetic (db/db) mice: two sides of the same coin
06-28, doi: 10.1186/s40168-021-01097-8
【主编评语】ob/ob小鼠和db/db小鼠都是瘦素通路的缺陷型小鼠，尽管二者都会发展为严重肥胖，但db/db小鼠更容易发生糖尿病。Microbiome近期发表的一项研究通过对这两种小鼠模型进行比对分析，表明二者的代谢表型差异与特定的炎症调性、血清LPS浓度、胆汁酸代谢、短链脂肪酸谱和肠道菌群组成有关。（@mildbreeze）
感谢本期日报的创作者：mildbreeze，白蓝木，刘永鑫-中科院-宏基因组，波比，aluba，一只赵崽儿呀