背景及概述^[1]

宏基因組學(xué)(也稱元基因組學(xué))，是環(huán)境樣品中所有微生物基因組集合的研究技術(shù)和方法。根據(jù)分析對象和實驗?zāi)康?，環(huán)境微生物的宏基因組研究基本上可以分為核糖體rDNA(細菌和古細菌16SrDNA或真菌18S、28SrDNA和ITS)的分類和鑒定，功能基因(比如固氮還原酶nifH基因和氨基氧化酶amoA基因等)的多樣性和分類分析，以及全部宏基因組DNA的整體測序和分析等。而從實驗手段來看，目前環(huán)境微生物的宏基因組研究主要以高通量檢測技術(shù)為主，以基因芯片技術(shù)和高通量測序技術(shù)為代表。這兩種技術(shù)各有優(yōu)勢和缺陷?；蛐酒夹g(shù)是基于已有的DNA序列設(shè)計芯片探針，所以它能從樣品中篩選出已知物種或有明確功能的基因信息，經(jīng)過系統(tǒng)分析得到這些已知物種或功能的生態(tài)分布或變化趨勢，但是它無法檢測到未知物種或功能基因，所以很難用于估算生境中的物種和個體總量，因此也被稱為封閉體系。相對而言，高通量測序技術(shù)是一種開放體系，對其合理運用可以獲取某一特定基因的大多數(shù)操作分類單元(OTU)及其個體數(shù)量、或者宏基因組中的大片段DNA的信息，從而能夠準(zhǔn)確的反映生境中微生物群落的組成、結(jié)構(gòu)以及遺傳進化關(guān)系等。目前宏基因組學(xué)在環(huán)境微生物研究中已經(jīng)占據(jù)了主導(dǎo)地位，測序包括宏基因組shotgun方法測序通量的增加和成本的降低將進一步擴大這一技術(shù)的應(yīng)用范圍。

宏基因組shotgun方法測序，是對特定環(huán)境樣品中的微生物群體基因組（尤其是那些種類眾多的難于培養(yǎng)的微生物），進行序列測定和功能基因的發(fā)掘，來分析微生物群體基因組成及功能，解讀微生物群體的多樣性與豐度，發(fā)掘和研究新的、具有特定功能的基因。宏基因組shotgun方法測序包括MetaPhlAn：群落組成分析；PICRUSt：基因組功能預(yù)測；PhyloPhlAn：構(gòu)建系統(tǒng)發(fā)育樹；GraPhlAn：可視化分類和系統(tǒng)發(fā)育信息。

主要參考資料

[1] 環(huán)境微生物宏基因組學(xué)研究中的生物信息學(xué)方法