?宏基因組(metagenomics)

宏基因組學(xué)（Metagenomics）也稱為元基因組學(xué)，是以樣品中的微生物群落作為整體進(jìn)行研究的學(xué)科。自然界中約有99%的微生物是不能在實(shí)驗(yàn)室條件下進(jìn)行純化培養(yǎng)的。宏基因組學(xué)研究不要求對每個(gè)微生物進(jìn)行分離純化培養(yǎng)，而是直接從樣品中提取基因組DNA后進(jìn)行測序分析。通過宏基因組測序，能夠解釋微生物群落多樣性、種群結(jié)構(gòu)、進(jìn)化關(guān)系、功能活性及環(huán)境之間的相互協(xié)作關(guān)系，極大地?cái)U(kuò)展了微生物學(xué)研究范圍。

目前宏基因組測序可以分為環(huán)境微生物多樣性檢測和宏基因組de novo測序。其中環(huán)境微生物多樣性檢測是指通過對環(huán)境中微生物16S rDNA高變區(qū)/ITS 的PCR擴(kuò)增產(chǎn)物進(jìn)行高通量測序，分析該環(huán)境下微生物群落的多樣性和分布規(guī)律。宏基因組de novo測序是指對環(huán)境樣品中所有微生物基因組DNA片段化后進(jìn)行高通量測序，然后進(jìn)行序列組裝和基因注釋，獲得部分不可純培養(yǎng)微生物的基因組序列，分析該環(huán)境下所有微生物基因集信息。

廣義的metagenomics包括宏基因組測序和擴(kuò)增子16S測序。16S測序相比宏基因組測序來說，價(jià)格更加便宜。利用16S技術(shù)對大量樣本進(jìn)行測序分析后，首先發(fā)現(xiàn)并闡明不同條件的樣本間微生物組成以及多樣性差異，然后挑選個(gè)別有代表性的樣本，進(jìn)行宏基因組測序，從而可以驗(yàn)證16S的分析結(jié)論、更加深入的闡明群落的功能情況，更好地說明微生物群落與環(huán)境之間的關(guān)系。可以簡單的理解為，16S是指測了一部分的基因組的宏基因組。

宏基因組：宏基因組測序是指對微生物群體進(jìn)行高通量測序（我的理解是因?yàn)楹芏嗲闆r下，微生物群落很難分離，所以只能一堆微生物一起拿來測序分析了），分析特定環(huán)境中微生物群體基因組成及功能、微生物群體的多樣性與豐度，進(jìn)而分析微生物與環(huán)境、微生物與宿主之間的關(guān)系，發(fā)現(xiàn)具有特定功能的基因。宏基因組測序無需分離純培養(yǎng)微生物，較大擴(kuò)展了微生物資源的利用，為環(huán)境微生物群落的研究提供了有效工具。宏基因組深度測序可以揭示或估計(jì)環(huán)境中真實(shí)的物種多樣性和遺傳多樣性，挖掘具有應(yīng)用價(jià)值的基因資源，應(yīng)用于開發(fā)新的微生物活性物質(zhì)。宏基因組研究分兩個(gè)方向：擴(kuò)增子測序和全基因組測序。

擴(kuò)增子：擴(kuò)增子（amplicon）為DNA或RNA擴(kuò)增后的一段核苷酸序列。比如通過PCR擴(kuò)增得到的某個(gè)基因的擴(kuò)增片段。更簡單的說，經(jīng)過人工擴(kuò)增的DNA片段或RNA片段、擴(kuò)增產(chǎn)物。

擴(kuò)增子測序，涉及特定序列位點(diǎn)的PCR擴(kuò)增，通常是16S/18S rDNA。宏基因組的物種分類，一般用OUT（operational taxonomic unit），即可操作單元來表示。通常原生生物使用16S rDNA來衡量，真核生物的OUT使用18S rDNA來衡量。我的理解是，選取一段特別的DNA片段來測序，這段DNA還可以區(qū)分不同的菌落

為什么用16S，而不是其他15S或者17S呢

16SrRNA為核糖體的RNA的一個(gè)亞基，16SrDNA就是編碼該亞基的基因。細(xì)菌rRNA（核糖體RNA）按沉降系數(shù)分為3種，分別為5S、16S和23S rRNA。16S rDNA是細(xì)菌染色體上編碼 rRNA相對應(yīng)的DNA序列，存在于所有細(xì)菌染色體基因中。16SrDNA是細(xì)菌的系統(tǒng)分類研究中最有用的和最常用的分子鐘，其種類少，含量大（約占細(xì)菌RNA含量的80%），分子大小適中，存在于所有的生物中，其進(jìn)化具有良好的時(shí)鐘性質(zhì)，在結(jié)構(gòu)與功能上具有高度的保守性，素有“細(xì)菌化石”之稱。在大多數(shù)原核生物中rDNA都具有多個(gè)拷貝，5S、16S、23S rDNA的拷貝數(shù)相同。16S rDNA由于大小適中，約1.5Kb左右，既能體現(xiàn)不同菌屬之間的差異，又能利用測序技術(shù)較容易地得到其序列，故被細(xì)菌學(xué)家和分類學(xué)家接受。

沉降系數(shù)：沉降系數(shù)（sedimentation coefficient）用離心法時(shí)，大分子沉降速度的量度，等于每單位離心場的速度?；騭=v/(ω^2*r)。s是沉降系數(shù)，ω是離心轉(zhuǎn)子的角速度（弧度/秒），r是到旋轉(zhuǎn)中心的距離，v是沉降速度。沉降系數(shù)以每單位重力的沉降時(shí)間表示，并且通常為1～200×10的-13次方秒范圍，10的-13次方這個(gè)因子叫做沉降單位s，即1s=10^-13秒，沉降系數(shù)對于生物大分子來說，多數(shù)在(1~500)×10^-13秒之間，如血紅蛋白的沉降系數(shù)約為4×10的-13次方秒或4s。