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宏基因组测序分析

简介

宏基因组学是研究环境样本中直接取得的遗传材料的学科。广义的宏基因组学也指环境基因组学,生态基因组学或群落基因组学。

传统的菌群多样性研究方法依赖于环境样本培养后获得的菌落。但通过对环境样本中所含的特定基因(比如有16S rRNA基因)进行测序普查表明:天然样本中的微生物多样性信息被基于传统微生物培养的方法所忽略。

为了最大限度的获得所研究的生态群落生物多样性以及基因信息,我们可以不经培养直接抽提环境样本中所含的总DNA,利用高通量并行测序技术进行全基因组鸟枪法测序,对微生物遗传多样性和代谢功能多样进行研究。

大规模鸟枪法测序指对样本中含有的DNA(整个基因组)进行测序,并且使用复杂的数据处理算法和高性能计算机对所得数据进行拼装。

目前已经有很多的微生态群落应用此项技术进行测定和研究,比如反刍动物瘤胃,湖泊水体样本,污水,土壤,发酵食品,淤泥,油田土壤,动物体表和中空性器官内容物的菌群基因组测定。

应用方向

在生物反应器或者特定自然环境中,存在特定的菌群(生物反应器中可能含有经过遗传修饰的菌株)可以对原始成分进行逐级代谢,直至生成最终产物(比如乙醇, 甲烷等)。使用研究和比较不同样本中宏基因组基因成分的方法,我们可以跳出单个物种的局限,将代谢网络碎片拼装起来,了解代谢物是如何被微生物群落转运和 转化的。

因为病毒没有特定的保守基因,如果我们想了解环境样本中病毒群体的遗传多样性只能是通过病毒宏基因组学的方法。病毒宏基因组(也称作病毒组)可以提供很多关于病毒多样性和演化的信息。

宏基因组学还是一种监测环境污染和生态系统的工具。基于对不同污染物对细菌群落的影响,我们可以评估环境存在的污染状况以及评估环境治理的效果,也可以帮助选择合适的成份进行生物治理。

土壤中含有大量的细菌,土壤中的微生物群落是目前已知领域中最复杂的。在土壤中的微生物扮演着生态系统服务的角色,包括固氮,营养循环等,对这些问题的了解可以增进我们微生物和作物生长关系的认知。因此对宏基因组学可以帮助改进作物和牲畜的疾病检测以及提高农业生产性能。

多数的微生物难以在体外培养诊断