xiv
3.8 Quantitative PCR (Q-PCR) . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 30
3.9 DNA Microarray . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 31
4
Single-Cell Genomics and Metagenomics for
Microbial Diversity Analysis . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 33
4.1 Single-Cell Genomics (SCG) . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 34
4.1.1 Cell Isolation . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 36
4.1.2 Whole-Genome Amplification . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 37
4.1.3 Interrogation of WGA Products . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 37
4.1.4 Overview of Single-Cell Sequencing Errors . . . . . . . . . . . . 38
4.2 Metagenomics . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 38
4.2.1 Metagenomics and Soil Microbial Diversity . . . . . . . . . . . . 39
4.2.2 Metagenomics Data Analysis: Approaches
and Challenges . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 41
4.2.3 Metagenomics Data Analysis: Available Tools
and Techniques . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 44
4.2.4 Metagenomics: Success Stories . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 48
5
Metatranscriptomics and Metaproteomics for
Microbial Communities Profiling . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 51
5.1 Metatranscriptomics . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 51
5.1.1 Isolation and Processing of Microbiome mRNA . . . . . . . . . 53
5.1.2 Computational Analysis of Metatranscriptomics Data . . . . 53
5.1.3 Metatranscriptomics and Soil Microbial Diversity . . . . . . . 54
5.2 Metaproteomics . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 55
5.2.1 Metaproteomics: Benefits and Challenges . . . . . . . . . . . . . . 56
5.2.2 Metaproteomics Approaches . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 57
5.2.3 Metaproteomics and Soil Microbial Communities . . . . . . . 59
6 Bioinformatics Tools for Soil Microbiome Analysis . . . . . . . . . . . . . . . 61
6.1 Tools for Assembly and Annotation . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 61
6.2 Tools for Taxonomic Profiling . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 66
6.3 Tools for Functional Profiling . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 68
6.4 Tools for Underlying Interactome . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 68
6.5 Tools for Statistical Tests . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 68
6.6 Simulators Tools . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 69
6.7 Tools for Single-Cell Sequencing Analysis . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 69
6.8 General Toolkits . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 70
7 Conclusion and Future Perspectives . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 71
7.1 Conclusion . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 71
7.2 Future Microbiome Research Directions: How
Do They Engage Themselves? . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 73
References . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 77
Index . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 101
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