宏基因组shotgun方法测序的介绍

背景及概述^[1]

宏基因组学(也称元基因组学)，是环境样品中所有微生物基因组集合的研究技术和方法。根据分析对象和实验目的，环境微生物的宏基因组研究基本上可以分为核糖体rDNA(细菌和古细菌16SrDNA或真菌18S、28SrDNA和ITS)的分类和鉴定，功能基因(比如固氮还原酶nifH基因和氨基氧化酶amoA基因等)的多样性和分类分析，以及全部宏基因组DNA的整体测序和分析等。而从实验手段来看，目前环境微生物的宏基因组研究主要以高通量检测技术为主，以基因芯片技术和高通量测序技术为代表。这两种技术各有优势和缺陷。基因芯片技术是基于已有的DNA序列设计芯片探针，所以它能从样品中筛选出已知物种或有明确功能的基因信息，经过系统分析得到这些已知物种或功能的生态分布或变化趋势，但是它无法检测到未知物种或功能基因，所以很难用于估算生境中的物种和个体总量，因此也被称为封闭体系。相对而言，高通量测序技术是一种开放体系，对其合理运用可以获取某一特定基因的大多数操作分类单元(OTU)及其个体数量、或者宏基因组中的大片段DNA的信息，从而能够准确的反映生境中微生物群落的组成、结构以及遗传进化关系等。目前宏基因组学在环境微生物研究中已经占据了主导地位，测序包括宏基因组shotgun方法测序通量的增加和成本的降低将进一步扩大这一技术的应用范围。

宏基因组shotgun方法测序，是对特定环境样品中的微生物群体基因组（尤其是那些种类众多的难于培养的微生物），进行序列测定和功能基因的发掘，来分析微生物群体基因组成及功能，解读微生物群体的多样性与丰度，发掘和研究新的、具有特定功能的基因。宏基因组shotgun方法测序包括MetaPhlAn：群落组成分析；PICRUSt：基因组功能预测；PhyloPhlAn：构建系统发育树；GraPhlAn：可视化分类和系统发育信息。

主要参考资料

[1] 环境微生物宏基因组学研究中的生物信息学方法