Auswahl von Primern für eine optimale taxonomische Klassifikation von Umwelt-16S-rRNA-Gen-Sequenzen

Die Profilierung mikrobieler Gemeinschaften mithilfe von 16S-rRNA-Gen-Sequenzen erfordert genaue taxonomische Zuordnungen. 'Universelle' Primer zielen auf konservierte Sequenzen ab und amplifizieren Sequenzen aus vielen Taxa, bieten jedoch variable Abdeckungen unterschiedlicher Umgebungen, und die Regionen des rRNA-Gens unterscheiden sich in ihrer taxonomischen Informativität – insbesondere wenn Hochdurchsatz-Short-Read-Sequenzierungstechnologien (zum Beispiel 454 und Illumina) verwendet werden. Wir führen ein neues Bewertungsverfahren ein, das ein verbessertes Maß für die erwartete taxonomische Präzision bei der Klassifikation von Umweltsequenz-Reads mit einem bestimmten Primer liefert. Die Anwendung dieses Maßes auf Tausende von Kombinationen von Primern und Read-Längen, die die Sequenzierung mit Einzelenden und gepaarten Enden simulieren, zeigt, dass diese Entscheidungen die taxonomische Informativität erheblich beeinflussen. Die informativste Sequenzregion kann je nach Umgebung unterschiedlich sein, teilweise aufgrund der variablen Abdeckung unterschiedlicher Umgebungen in Referenzdatenbanken. Mit unserer Rtax-Methode zur Klassifikation von gepaarten Reads haben wir festgestellt, dass die gepaarte Sequenzierung in einigen Umgebungen, einschließlich des menschlichen Darms, erhebliche Vorteile bietet, in anderen jedoch nicht. Die optimale Auswahl an Primern für Short Reads mit insgesamt 96 nt bietet 82-100 % der sicheren Gattungsklassifikationen, die aus längeren Reads verfügbar sind.