近日，在科技部863計劃、國家自然科學(xué)基金等項目的支持下，中國科學(xué)院青島生物能源與過程所功能基因組團(tuán)隊在元基因組計算方法學(xué)取得了系列進(jìn)展。
纖維素降解、沼氣生成等生物能源過程均由復(fù)雜微生物群落完成。元基因組學(xué)可克服自然界中大部分微生物難以培養(yǎng)的問題，通過直接測定、分析微生物群落的遺傳信息，深入認(rèn)識復(fù)雜微生物群落的結(jié)構(gòu)和功能。而海量數(shù)據(jù)的高效分析則是元基因組學(xué)領(lǐng)域的技術(shù)瓶頸之一。
該團(tuán)隊計算生物學(xué)組寧康、蘇曉泉等研究人員利用GPGPU（高性能并行化通用處理器）等先進(jìn)計算硬件，設(shè)計了高性能微生物群落數(shù)據(jù)分析軟件Parallel-META。利用該軟件對微生物群落進(jìn)行分析，較之傳統(tǒng)方法，在準(zhǔn)確性相同的條件下，速度提高10倍以上（圖1）。相關(guān)研究結(jié)果發(fā)表在BMC Systems Biology（2012，6(Suppl 1):S16）上，并申請一項軟件著作權(quán)（登記號：2012R11S039241）和一項發(fā)明專利（受理號：201210055384.8）。該方法已經(jīng)被應(yīng)用于數(shù)十個合作項目的數(shù)據(jù)處理過程。
圖 1 基于Parallel-META程序的微生物群落分析較傳統(tǒng)方法速度提高10倍以上
同時，基于微生物元基因組數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)的設(shè)計和構(gòu)建，寧康、蘇曉泉、宋寶興等開發(fā)了一系列微生物群落比較和搜索方法。這些方法有助于在海量微生物群落樣本中鑒別具有特定功能的基因。相關(guān)研究成果發(fā)表在Bioinformatics, 2012, 28 (19), 2494-2501和PLoS ONE, 2012, 7(11), e48998上。
此外，該團(tuán)隊還與美國加州大學(xué)崔欣萍教授、美國科學(xué)院院士朱健康教授等合作，開發(fā)面向微生物和植物、具有高靈敏度的單核苷酸多態(tài)性（SNP）檢測方法，該方法(GeMS; http://www.computationalbioenergy.org/snp.html)在生物進(jìn)化、突變體檢測等領(lǐng)域具有較高的潛在應(yīng)用價值。
目前，中國科學(xué)院青島生物能源與過程所功能基因組團(tuán)隊主持的元基因組技術(shù)平臺（http://www.bioenergychina.org/fg/；http://www.computationalbioenergy.org），正支撐著來自國內(nèi)外近三十多個研究所、高校、企業(yè)的微生物群落合作研究。上述計算方法學(xué)進(jìn)展正通過該研究網(wǎng)絡(luò)，直接服務(wù)于生物能源、環(huán)境監(jiān)控、醫(yī)藥衛(wèi)生、農(nóng)業(yè)生態(tài)等廣泛科研和應(yīng)用領(lǐng)域。
原文連接：
1. PLoS ONE, 2012, 7(11), e48998：http://dx.plos.org/10.1371/journal.pone.0048998
2. Bioinformatics, 2012, 28 (19), 2494-2501：http://bioinformatics.oxfordjournals.org/content/early/2012/07/26/bioinformatics.bts470.full
3. BMC Systems Biology, 2012，6(Suppl 1):S16：http://www.biomedcentral.com/1752-0509/6/S1/S16
