宏基因组学概述
宏基因组学
遇到的问题
样品的提取方法还有待改进，生物信息分析依赖于样品的复杂度。
谢谢观看
起源
宏基因组 学这一概念最早是在1998年由威斯康辛大学植物病理学部门的Jo Handelsman等提出的，是源于 将来自环境中基因集可以在某种程度上当成一个单个基因组研究分析的想法，而宏的英文是“meta-”，具有更 高层组织结构和动态变化的含义。后来伯克利分校的研究人员Kevin Chen和Lior Pachter将宏基因组定义为 “应用现代基因组学的技术直接研究自然状态下的微生物的有机群落，而不需要在实验室中分离单一的菌株”的 科学。
应用
采用宏基因组技术及基因组测序等手段，来发现难培养或不可培养微生物中的天然产物以及处于“沉默”状 态的天然产物。宏基因组不依赖于微生物的分离与培养，因而减少了由此带来的瓶颈问题。
随着新一代测序技术的迅猛发展，研究宏基因组的方法也已经发生了翻天覆地的变化：传统的方法是测定微 生物基因组上的16S rRNA基因，这些基因的长度通常在1500个碱基左右，广泛分布于原核生物，既能提供足够的 信息，而且具有相对缓慢的进化过程；其保守性与特异性并存，通过保守区和特异区来区别微生物的种属。基于 这些特性，科学家们通过选择这些基因区域，方便地研究环境中物种的组成多样性，但是还不能全面分析环境中 的基因功能。新一代高通量低成本测序技术的广泛应用，科学家们可以对环境中的全基因组进行测序，在获得海 量的数据后，全面地分析微生物群落结构以及基因功能组成等。
研究对象
宏基因组学研究的对象是特定环境中的总DNA，不是某特定的微生物或其细胞中的总DNA，不需要对微生物进 行分离培养和纯化，这对我们认识和利用95%以上的未培养微生物提供了一条新的途径。已有研究表明，利用宏 基因组学对人体口腔微生物区系进行研究，发现了50多种新的细菌，这些未培养细菌很可能与口腔疾病有关。此 外，在土壤、海洋和一些极端环境中也发现了许多新的微生物种群和新的基因或基因簇，通过克隆和筛选，获得 了新的生理活性物质，包括抗生素、酶以及新的药物等。
宏基因组学
广义的宏基因组：特定环境下所有生物遗传物质的总和 狭义的宏基因组：特定环境样品中细菌和真菌的基因组总和
宏基因组测序（Metagenomics Next Generation Sequencing,mNGS)
NGS:也称高通量测序，是一种可以同时对数十万到数百万条DNA分子序列进行读取的测序技术。 mNGS:m指宏基因组。mNGS指宏基因组二代测序，以特定环境中整个微生物群落作为研究对象，利 用高通量测序平台进行基因组DNA测序，DNA不需要进行PCR扩增，测序结果具有较好的无偏性， 不仅可以提示微生物群落的物种组成，更能获需段序列分析不依赖 于任何已知序列信息进行筛选。其中以功能筛选法最为常用。
能够直接发现全新的活性物质和功能编码基因，能够快速鉴别有开发潜力的克隆子 缺陷：
工作量大,效率低，并且受检测手段有效性和灵敏性等限制。
谢谢！请大家批评指正
其前端关键性技术是环境DNA(e DNA)的提取A的提取
直接提取法（原位提取法） 不经过样品中微生物的培养和分离，通过化学法、酶解法或物理法直接破碎环境中的微生物细胞而使DNA得以释 放，并对DNA进行纯化。 操作简便、省时、成本低，所获得DNA具有较好的完整性，并能够代表某一生境的微生物群落多样性。 但常会出现细胞裂解不完全或DNA与土壤杂质成分产生共沉淀而无法有效地去除等问题，所以一般需要进一步的 DNA纯化处理，同时所提取获得的DNA片段较用离心介质或者梯度离心等方法先把微生物从环境样品中分离出来，再按处理纯培养细胞的方法裂解微生物 细胞提取DNA。 该法获得的宏基因组DNA受到胞外杂质污染干扰较少，纯度较高、DNA完整性好(20kb~大、DNA得率较低，其产率只是直接裂解法的1%~10%,且获得的DNA往 往不能完全代表样品所在生境的生态学多样性。
宏基因组学在微生物研究中的应用
宏基因组学在微生物研究中的应用宏基因组学是指将高通量测序技术应用于微生物群体的基因组研究。
相较于传统的基因组学研究方式，宏基因组学可以同时对大量微生物基因组进行研究，且无需对微生物进行单个细胞的分离处理，因此可以更全面地了解微生物群体中的基因组组成、功能和相互关系。
首先，宏基因组学的应用使得研究人员可以更全面地了解到微生物群体的生物多样性。
在传统的微生物群体研究中，研究人员只能通过培养、显微观察和生化鉴定等手段，对微生物群体中存在的细菌种类进行分析。
然而，在实际的微生物群体中，由于很多菌株的生长特性和生态位置等原因，很难对它们进行分离培养和鉴定。
而宏基因组学的出现，则可以通过对样品中所有的DNA序列进行高通量测序，并通过基因组序列比对的方式，分析得到样品中所有的微生物基因组序列。
这样，研究人员就可以了解到在实际的微生物群体中，存在的微生物种类和数量，并可以对微生物群体进行更准确的分类。
其次，宏基因组学的应用，还可以为微生物群体中的代谢和适应能力等方面的研究提供更大的数据支持。
实际上，除了微生物的多样性研究，微生物群体的代谢和适应能力等方面的研究也一直是微生物学研究的热点。
但是传统的微生物学研究方式，往往只能从单个细胞或单个菌株的角度进行研究，过程较为繁琐且耗时。
而宏基因组学的出现，则可以通过将样品中的DNA序列进行高通量测序，并通过基因组序列的注释和功能预测等方式，得到微生物群体中所有的基因功能信息。
这样，研究人员就可以更全面地了解微生物群体在代谢和适应等方面的能力和机制，并可以根据这些信息，开展更深入的微生物群体研究。
再次，宏基因组学的应用，还可以为微生物生态学研究提供更深入的支持。
微生物是地球上最丰富的生物资源之一，在地球生态系统中扮演着重要角色。
另外，微生物群体中的细菌之间，往往存在着相互作用。
而传统的微生物群体研究方式，则只能了解到群体中的单个物种，并只能从单个物种的角度进行研究，无法全面了解微生物群体的真实生态环境和群体间的相互作用。
宏基因组学概述
宏基因组学概述————————————————————————————————作者: ————————————————————————————————日期:ﻩ宏基因组学概述王莹，马伊鸣（北京交通大学土木建筑工程学院环境140２班）摘要:随着分子生物学技术的快速发展及其在微生物生态学和环境微生物学研究中的广泛应用，促进了以环境中未培养微生物为研究对象的新兴学科——微生物环境基因组学(又叫宏基因组学、元基因组学，英文名Mｅｔａｇenomics)的产生和快速发展。
宏基因组学通过直接从环境样品中提取全部微生物的DNＡ,构建宏基因组文库，利用基因组学的研究策略研究环境样品所包含的全部微生物的遗传组成及其群落功能．在短短几年内,宏基因组学研究已渗透到各个领域，包括海洋、土壤、热液口、热泉、人体口腔及胃肠道等,并在医药、替代能源、环境修复、生物技术，农业、生物防御及伦理学等各方面显示了重要的价值。
本文对宏基因组学的主要研究方法、热点内容及发展趋势进行了综述关键词:宏基因组宏基因组学环境基因组学基因文库的构建Mａcｒo summary of ＭetagenｏｍｉcsWanｇＹｉng，Ma Ｙi-Mｉｎｇ(BeｉjinｇＪiaoｔｏngUniｖeｒsiｔy, Inｓtitute of civiｌ enｇｉneerｉｎｇ,）Key ｗords:Metａgenｏmｅ; Ｍetagenoｍiｃs;The eｎviｒｏｎｍental genｏmics宏基因组学（Meｔａgeｎomｉｃｓ)又叫微生物环境基因组学、元基因组学。
它通过直接从环境样品中提取全部微生物的DNＡ,构建宏基因组文库,利用基因组学的研究策略研究环境样品所包含的全部微生物的遗传组成及其群落功能。
它是在微生物基因组学的基础上发展起来的一种研究微生物多样性、开发新的生理活性物质（或获得新基因）的新理念和新方法。
其主要含义是:对特定环境中全部微生物的总DNA(也称宏基因组，metａgeｎomｉc)进行克隆,并通过构建宏基因组文库和筛选等手段获得新的生理活性物质；或者根据ｒDNA数据库设计引物,通过系统学分析获得该环境中微生物的遗传多样性和分子生态学信息。
宏基因组学的PPT
宏基因组学的PPT宏基因组学是通过收集宿主的粪便里的微生物、以及培养皿中的微生物，利用专业的宏基因组技术进行分析。
它能够获得宏基因组信息和相关序列，从而为疾病相关症状的诊断和治疗提供依据。
随着人类健康问题愈演愈烈，为了降低成本，并能通过生物技术进行治疗，研究人员开发了宏基因组学技术。
其通过收集环境中存在的特定细菌，来分析它们在土壤、水源或大气中的分布，以了解它们在整个生态系统中所扮演的角色。
宏基因组学（宏测序法）是一种对人体和环境进行科学评价（包括微生物菌群与疾病之间关系）的工具。
它是一种高通量方法来鉴定微生物群落或疾病（包括寄生虫病等),并用于进行疾病和环境健康状态跟踪和诊断。
虽然宏基因组学可以通过分析病原体来诊断疾病——但目前还没有针对特定微生物群落或某一种病原体开展研究。
1.目的宏基因组学通过收集宿主的粪便和排泄物，以及在培养皿或土壤中的特定微生物群落来检测微生物菌群。
它们在宿主的整个生命周期中都是重要的，并且是许多宿主健康相关问题发生和治疗的潜在因素之一。
通过对宿主宏基因组学数据进行统计分析，可以更好地了解宿主微生物多样性与环境健康状况之间的关系；进而有助于了解宿主肠道微生物及其他微生物群落对人体健康所发挥作用；同时也有助于了解特定微生物群落与其健康状况之间的关系。
此外，还可以通过研究宿主体内微生物种群之间互相作用机制，从而更好地理解宿主微生物群落结构及疾病发生背后原因。
这为人类健康提供了新的见解。
在环境方面，宏基因组学可以从宿主微生物群落中发现与生态系统结构相关、通过检测宿主体内微生物群落来揭示生命现象本质和机制；还可以通过感染或死亡微生物群落以及与宿主相互交互作用规律来揭示微生物群落与疾病发生之间关系：同时宏基因组学还可以为相关研究人员提供研究资源、为治疗提供科学依据。
此外，宏基因组学还能为环境健康状态跟踪和诊断提供参考——为了解环境健康状态和健康风险提供科学依据。
2.方法原理在了解宿主肠道中的微生物群落的组成之后，宏基因组学可以分析宿主的粪便样本。
宏基因组rc
宏基因组rc
宏基因组学是研究直接从环境或临床样本中回收遗传物质的研究领域，也被称作环境基因组学、生态基因组学、群落基因组学或微生物组学。
宏基因组研究本质上还是微生物学研究，只是传统微生物学研究的一个扩展。
所以研究目的与其他生物学研究类似，同样是关注基因型、表型与环境之间的相互关系以及相互作用，不过微生物与环境之间有更强的相互作用关系。
具体来说，宏基因组学的研究目的包括：
1. 定性分析：确定样品中包含哪些微生物，如原核生物、真菌、病毒、显微藻类、原生动物等。
2. 定量分析：分析不同微生物之间的丰度，即样品中每种微生物所占的比例，并探索这些比例变化与表型之间的关联。
3. 功能分析：检测样品中包含哪些基因，以及这些基因实现哪些代谢功能。
将整个样品当做一个基因集合，对这些基因的功能和代谢进行分析。
4. 比较分析：研究不同样品之间的差异，包括它们包含的微生物种类、基因和代谢功能等方面的差异。
以上信息仅供参考，如果您想了解更多信息，建议查阅相关文献或咨询专业人士。
宏基因组学研究进展
宏基因组学研究进展在生物学领域，宏基因组学作为一门新兴的前沿学科，为我们揭示了大量未知的生物世界奥秘。
本文将通过介绍宏基因组学的基本概念、研究现状、研究方法、研究成果及其局限性，带领大家全面了解宏基因组学的研究进展。
宏基因组学是一门研究存在于生物群落中的基因及其多样性的学科。
它通过运用高通量测序、生物信息学和系统生物学等技术手段，对整个生态系统中的微生物基因组进行深入研究，旨在揭示微生物群落中隐藏的生物多样性和生态功能。
随着16S rRNA基因测序技术的发展，宏基因组学研究取得了突破性进展。
尤其是近几年，宏基因组学研究在环境微生物多样性、病原菌感染机制以及生物医药等领域表现出巨大的应用前景。
发展趋势表明，宏基因组学将进一步推动生命科学领域的发展，为人类解决一系列生态和健康问题提供有力支持。
在宏基因组学研究中，实验设计、数据分析和模型构建等方面都至关重要。
实验设计需要考虑样品的采集、处理和文库构建等环节；数据分析则需借助一系列生物信息学技术和算法，对海量数据进行有效挖掘和精准解析；模型构建则需要以数据为基础，构建能准确描述微生物群落结构和功能的数学模型。
宏基因组学研究已经取得了一系列令人瞩目的成果。
例如，通过研究海洋微生物群落，科学家发现了许多新的微生物种类和基因，揭示了海洋生态系统的运行机制；同时，宏基因组学研究还在病原菌感染、生物医药等领域表现出极大的应用潜力，为解决一些重大疾病提供了新的思路和方法。
这些成果不仅丰富了我们对生物世界多样性的认识，也为我们提供了大量宝贵的生物资源。
然而，尽管宏基因组学研究已经取得了显著的成果，但仍存在一定的局限性。
例如，采样过程中可能会受到污染，导致结果出现偏差；另外，数据分析过程中可能存在技术难点，如噪声数据的处理、稀有物种的检测等。
此外，宏基因组学研究还面临着理论和方法上的挑战，例如如何构建更为精准的微生物群落模型，如何将宏基因组学研究成果应用于实践等等。
总之，宏基因组学作为一门新兴的生物学分支，为我们揭示了大量未知的生物世界奥秘。
宏基因组及其应用
宏基因组及其应用学习笔记吕涛15010906一、宏基因组及宏基因组学1.概念宏基因组( Metagenome)（也称微生物环境基因组Microbial EnvironmentalGenome, 或元基因组）是由Handelsman 等1998 年提出的新名词，其定义为“the genomes of the total microbiota found in nature” , 即环境中全部微小生物遗传物质的总和。
它包含了可培养的和未可培养的微生物的基因，目前主要指环境样品中的细菌和真菌的基因组总和。
2.宏基因组学宏基因组( Metagenome)（也称微生物环境基因组Microbial EnvironmentalGenome, 或元基因组）是由Handelsman 等1998 年提出的新名词，其定义为“the genomes of the total microbiota found in nature” , 即环境中全部微小生物遗传物质的总和。
它包含了可培养的和未可培养的微生物的基因，目前主要指环境样品中的细菌和真菌的基因组总和。
3.发展历程环境基因组学——微生物基因组学——宏基因组学——人类基因组学人类基因组学：把人体内所有微生物菌群基因组的总和称为“人体宏基因组”(humanmetagenome)。
人类宏基因组学(human metagenomics)研究人体宏基因组结构和功能、相互之间关系、作用规律和与疾病关系的学科。
它不仅要把总体基因组序列信息都测定出来，而且还要研究与人体发育和健康有关的基因功能。
人类宏基因组计划目标是：把人体内共生菌群的基因组序列信息都测定出来，而且要研究与人体发育和健康有关的基因功能。
4.研究步骤5.研究方法二、宏基因组学的应用1.水体宏基因组学●海表层水样为研究海洋生命的代谢潜力和海洋生态学提供了前所未有的原始素材；海洋蕴藏着巨大的生物多样性和复杂性，宏基因组学将极大地促进人们对他的认识。
宏基因组学入门四部曲之初识
宏基因组学⼊门四部曲之初识做宏基因组的⼈可能对上⾯的图并不陌⽣，这是属于分箱步骤中的contig可视化。
我第⼀次来到现在的研究所，看到师兄在绘制的图就是这个，当时感觉很漂亮很神奇。
以下是我在那⼀年后⼊门宏基因组时所做的笔记：1 宏基因组学的基本概念梳理宏基因组学(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。
全部宏基因组测序以环境样品中的微⽣物群体基因组为研究对象，直接从环境样品中提取全部微⽣物的DNA，构建宏基因组⽂库，利⽤⾼通量测序技术分析环境样品所包含的全部微⽣物的群体基因组成及功能和参与的代谢通路，解读微⽣物群体的多样性与丰度，探求微⽣物与环境，微⽣物与宿主之间的关系，发掘和研究新的、具有特定功能的基因。
（我们实验室研究湖泊环境中是菌藻共⽣关系，因此我们在采样的时候把其他原⽣动物过滤掉了。
）另外16S/18S rDNA测序则是以细菌16S rRNA 或者真菌18S rRNA 基因测序为主, 核⼼是研究样品中的物种分类、物种丰度以及系统进化。
2 宏基因组学研究的内容1 Who is there?2 What are they doing?3 Who is doing what?4 How do they interact with their environments?(Integration with metadata) 就是通过宏基因组学测序可以知道⼀个环境群体⾥的到底有谁在？它们每天的⼯作是什么？它们是如何⼯作的？Integration with metadata: Combining biogeochemical data with organism abundacemakes habitat preferences apparent.(Walsh Science 2009)3 宏基因组学的分析流程宏基因组学⼤数据分析的各个环节都需要运⽤信息学和⽣物信息学技术(下图)。
宏基因组技术的原理及应用
宏基因组技术的原理及应用简介宏基因组技术（Metagenomics）是一种研究环境中各种微生物群落的遗传信息及功能性基因的技术。
它能够快速、高效地分析和描述海量的微生物基因组数据，为微生物研究提供了一种全新的方法。
原理宏基因组技术的核心原理是通过直接从环境样品中提取微生物的DNA或RNA，而不是通过培养分离的方式来研究微生物群落的遗传信息。
其主要的实验过程包括：样品采集、DNA/RNA提取、建立文库、高通量测序等。
样品采集宏基因组技术的第一步是采集环境样品。
样品的选择是非常重要的，因为不同的环境中会存在不同的微生物群落。
常见的样品包括土壤、水体、肠道等。
DNA/RNA提取样品采集完毕后，需要对样品进行DNA/RNA提取。
提取方法会根据样品的不同进行相应的调整。
DNA/RNA提取的质量和效果直接影响后续的实验结果。
建立文库提取到的DNA/RNA需要进行文库的构建。
文库是指将DNA/RNA样本转化为可供测序的DNA文库。
文库建立的方法也有多种，例如PCR扩增、文库构建试剂盒等。
高通量测序文库建立完成后，需要进行高通量测序。
高通量测序可以快速、平行、高效地测定众多微生物群落中的DNA/RNA序列信息。
常见的测序方法有Illumina HiSeq、Ion Torrent等。
应用宏基因组技术在各个领域都有广泛的应用，下面列举几个常见的应用。
生态学研究宏基因组技术可以帮助研究者深入了解生态系统中微生物群落的组成结构以及其功能。
通过对环境样品进行宏基因组测序，可以获得丰富的微生物遗传信息，进而揭示微生物在生态系统中的功能和相互作用。
疾病研究宏基因组技术在疾病研究方面也有着重要的应用。
通过对人体肠道微生物的宏基因组测序，可以揭示人体肠道微生物群落的组成与变化，进而探索某些疾病与微生物群落的关联。
发现新基因宏基因组技术也为发现新基因提供了新的途径。
通过宏基因组测序，可以获得大量未知序列，并通过对这些未知序列的分析和比对，发现新的功能性基因。
宏基因组学
宏基因组学宏基因组学是“大基因组学”的英文名称，它是利用基因组学手段来研究和探讨生物体的宏观特征的研究领域。
研究的内容涉及基因组结构、组织和功能的互相关联，以及不同生物体之间的生理学差异和个性化变异。
随着基因组学技术的发展，宏基因组学也取得了巨大的进展，它可以为我们解释宏观特征的起源、变化和生态适应性提供重要信息。
宏基因组学可以提供对生物体的重建和分类，以及深入研究特定生物体的功能。
通过宏基因组学，可以识别、分析多种生物体的基因组，理解细胞的结构和功能，从而了解整个生物体是如何受到基因调控的。
宏基因组学也可以帮助研究人员找出罕见的特殊基因或基因突变，从而研究其对健康、发育或其他性状的影响，以及它们在某一特定生物体中的演化史，以深入了解这些性状的起源和变异。
宏基因组学也为研究不同物种之间的关系提供了重要的参考。
它收集了大量的基因组测序数据，识别不同物种之间的共同特征，帮助研究人员更好的了解它们的进化史，以及物种之间的关系和相似性。
通过宏基因组学，可以更好地理解物种演化的细微差别，以及怎样的变异和进化有助于调节它们的生理学功能。
宏基因组学的应用涉及若干种子领域。
例如，它可以用来研究野生动物在局部环境中的变异，帮助调查不同物种之间的遗传差异，以及物种间和物种内遗传变异的起源和发展。
它还可以进行核酸检测，发现新的基因、新的疾病以及可能的药物治疗方案。
此外，它还可以帮助促进疾病的诊断和预防，并实现有效的抗性策略。
总而言之，宏基因组学是一门新兴的科学，可以对有机体产生重大影响。
它不仅可以为科学研究提供重要线索，还可以应用于生物安全、健康和材料制造等领域，帮助人类利用自然资源有效地保护和发展各种生物。
但是，基于这一新兴学科，还需要开展全面深入的研究，在宏基因组学的应用中，探索、发现更多的可能性，以更好的开发和利用自然资源。
空间宏基因组学-概述说明以及解释
空间宏基因组学-概述说明以及解释1.引言1.1 概述概述空间宏基因组学是一个新兴的领域，结合了宏基因组学和空间科学的概念，致力于研究地球和宇宙中微生物的分布、演化和功能。
通过对微生物群落的高通量测序和生物信息学分析，揭示了地球上不同环境中微生物的多样性和生态功能。
同时，空间宏基因组学也将这些研究拓展到太空环境，探索宇宙中是否存在类似地球生态系统的微生物群落。
这一领域的出现为我们揭示了微生物在生态系统中的重要性，为地球和太空环境的微生物生态学研究提供了新的视角和方法。
通过空间宏基因组学的研究，我们可以更好地了解地球和宇宙中微生物的分布规律和功能作用，为人类生存和探索宇宙提供了重要的科学依据和技术支持。
1.2 文章结构本文主要分为引言、正文和结论三部分。
在引言部分，首先对空间宏基因组学进行了概述，介绍了本文的主题和背景。
然后对文章的结构进行了总体介绍，说明了各部分的内容和组织方式。
最后，明确了本文的目的，即对空间宏基因组学进行系统性的分析和探讨。
在正文部分，主要包括空间宏基因组学的定义和背景、应用领域以及意义和价值。
具体介绍了空间宏基因组学在不同领域的应用，以及其在科学研究和社会发展中的重要作用。
通过这些内容的阐述，读者可以对空间宏基因组学有一个全面的了解。
在结论部分，将对全文进行总结与回顾，对空间宏基因组学进行全面的评价和展望。
进一步探讨空间宏基因组学的发展前景和未来趋势，指出其潜在的重要性和应用价值。
同时，对本文的研究成果进行了回顾和总结，展望未来对该领域的深入探讨和研究方向。
1.3 目的空间宏基因组学作为一门新兴的研究领域，其目的主要在于利用现代高通量测序技术和生物信息学分析手段，探索和揭示宏基因组在不同环境中的结构、功能和演化规律，从而深入理解微生物群落在生态系统中的作用和影响。
通过研究空间宏基因组学，我们可以更好地了解微生物之间的相互关系、协同作用和竞争关系，进而为保护生态环境、提高农业生产效率、开发新型抗生素等方面提供科学依据和技术支持。
宏基因组学在基因发现中的应用
thank you ！ 请老师及同学批评,已发现的新基因主要有生物催化剂基因、抗素抗性基 因以及编码转运蛋白基因
方法上仍存在着多方面有待解决的问题,比如在基因组提 取和纯化方面,针对不同的样品颇受欢迎的一种高通量筛选方法,而 且其效率很高,准确率也能令人信服,但是其成本也入的研究
宏基因组水平基因 转移的分析
三、 由于环境基因组的高度复杂性,需要功能的克隆子进行直接检测 ； 方法二：基于异源基因的宿主菌株与其突变体在 选择性条件下功能互补生长的特性进行
2、序列分析法
根据已知的基因和基因表达产物的保守序列设计 引物和探针，通过杂交或PCR扩增鉴定出已知基因 的同源物,进而筛选阳性克隆子 对鉴定新的基因成员有一定的局限性 ,但它已被 有效地用于鉴定系统发育学中的标志基因(如 16S rRNA基因 )和带有高度保守域的酶基因(如聚酮化 合物合成酶、葡萄糖酸还原酶和腈水合酶等 )
焦磷酸测序技术的特点及原理：
由4种酶催化的同一反应体系中的酶级联化学发光 反应。 原理：引物与模板DNA退火后，在DNA聚合酶、ATP 硫酸化酶、荧光素酶和三磷酸腺苷双磷酸酶4种酶 的协同作用下，将引物上每一个dNTP的聚合与一 次荧光信号的释放偶联起来，通过检测荧光的释 放和强度，达到实时测定DNA序列的目的。焦磷酸 测序技术的反应体系由反应底物、待测单链、测 序引物和4种酶构成。反应底物为5'-磷酰硫酸、 荧光素。
DNA提取 直接裂解法 小片段插入 质粒载体 细胞分离提取法 大片段插入柯斯 BAC等载体
插入寄主 底物诱导法
型生物技术的应用 宏基因 组学 未培养生物单细胞 基因组的基因构成 传感微生物细胞之间 的相互作用 新型代谢途径中 原位扩增识别
测序过程:
宏基因组学名词解释
宏基因组学名词解释宏基因组学名词解释1. 引言宏基因组学是一门研究关注复杂生态系统中多个物种的基因组结构和功能的新兴学科。
宏基因组学通过高通量测序技术和先进的生物信息学工具，使我们能够更全面地了解和研究整个生态系统中的多样性和相互作用。
本文将探讨宏基因组学的定义、意义和应用领域，帮助读者对这一学科有更深入的理解。
2. 宏基因组学的定义宏基因组学（metagenomics）是对自然环境中所有微生物群体的基因组进行大规模研究的学科。
与传统基因组学研究个体生物的基因组不同，宏基因组学通过直接从环境样品中提取DNA，而无需进行单个细菌或真核生物的纯化和分离。
这使得研究者可以全面了解整个生态系统中的微生物多样性和功能。
3. 宏基因组学的意义宏基因组学的出现革新了我们对微生物的认知。
过去，研究人员主要通过培养和分离单个微生物来了解其特性和功能。
然而，只有少部分微生物可以被培养和分离，这限制了我们对微生物世界的认知。
宏基因组学的发展使我们能够研究那些无法在实验室中培养的微生物，扩大了我们对微生物多样性和功能的认识。
4. 宏基因组学的应用领域宏基因组学在众多领域中有着广泛的应用。
宏基因组学有助于了解和保护环境。
通过分析环境样品中的基因组数据，可以评估环境中的生物多样性和生态系统功能。
宏基因组学对人体健康也有着重要意义。
通过分析人体内微生物群落的基因组，可以研究微生物与人体健康之间的关联，并筛选潜在的微生物治疗方法。
宏基因组学还在药物发现、农业生产和食品安全等领域发挥着重要作用。
5. 个人观点和理解宏基因组学的出现和发展为我们揭示了微生物世界的奥秘，对科学研究和应用有着重要的意义。
通过研究宏基因组学，我们不仅能够更好地了解生态系统中的微生物多样性和功能，还能够应用于环境保护、医学健康、农业和食品安全等领域。
然而，它也面临一些挑战，如巨大的基因组数据处理与分析、难以获取全面和准确的样本等。
我认为在未来的发展中，宏基因组学需要更加注重生物信息学、数据挖掘和新的实验技术的研究，以应对这些挑战。
宏基因组学概述
宏基因组学概述王莹，马伊鸣（北京交通大学土木建筑工程学院环境1402班）摘要：随着分子生物学技术的快速发展及其在微生物生态学和环境微生物学研究中的广泛应用，促进了以环境中未培养微生物为研究对象的新兴学科——微生物环境基因组学(又叫宏基因组学、元基因组学，英文名Metagenomics)的产生和快速发展。
宏基因组学通过直接从环境样品中提取全部微生物的DNA，构建宏基因组文库，利用基因组学的研究策略研究环境样品所包含的全部微生物的遗传组成及其群落功能．在短短几年内，宏基因组学研究已渗透到各个领域，包括海洋、土壤、热液口、热泉、人体口腔及胃肠道等，并在医药、替代能源、环境修复、生物技术，农业、生物防御及伦理学等各方面显示了重要的价值。
本文对宏基因组学的主要研究方法、热点内容及发展趋势进行了综述关键词：宏基因组宏基因组学环境基因组学基因文库的构建Macro summary of MetagenomicsWang Ying, Ma Yi-Ming（BeijingJiaotongUniversity, Institute of civil engineering,）Key words:Metagenome; Metagenomics; The environmental genomics宏基因组学（Metagenomics）又叫微生物环境基因组学、元基因组学。
它通过直接从环境样品中提取全部微生物的DNA,构建宏基因组文库，利用基因组学的研究策略研究环境样品所包含的全部微生物的遗传组成及其群落功能。
它是在微生物基因组学的基础上发展起来的一种研究微生物多样性、开发新的生理活性物质（或获得新基因）的新理念和新方法。
其主要含义是：对特定环境中全部微生物的总DNA（也称宏基因组，metagenomic）进行克隆，并通过构建宏基因组文库和筛选等手段获得新的生理活性物质；或者根据rDNA数据库设计引物，通过系统学分析获得该环境中微生物的遗传多样性和分子生态学信息。
宏基因组测序
宏基因组测序1宏基因组研究概况宏基因组学（Metagenomics，又称元基因组学）这一概念最早在1998年由威斯康辛大学植物病理学部门的Jo Handelsman等提出，随后伯克利分校的研究人员Kevin Chen和Lior Pachter将宏基因组定义为：应用现代基因组学的技术直接研究自然状态下的微生物的有机群落，而不需要在实验室中分离单一的菌株的科学。
鉴于环境中99%的微生物不可培养，宏基因组无需进行微生物分离操作的技术特点打破了传统微生物学基于纯培养研究的限制，为充分认识全球和人体范围内微生物和开发利用未培养微生物，并从完整的群落水平上研究微生物的活动和发掘潜在功能提供了可能。
传统的宏基因组学研究通过直接从环境样本中提取DNA，构建DNA克隆载体的宏基因组文库，并利用基于核酸序列差异分析、克隆子的特殊代谢活性、底物诱导基因的表达和（或）稳定同位素和荧光原位杂交等技术对宏基因组文库进行筛选和分析，从而有效地利用环境中丰富的微生物资源和挖掘新的特殊功能代谢物。
在宏基因组学研究的发展前沿中，核酸测序技术测序速度和通量的增长引人注目。
在下一代测序技术（NGS，又称第二代高通量测序技术）出现之前，基于宏基因组测序的核酸序列差异分析通常使用Sanger测序（主要基于双脱氧核苷酸链终止反应）方法，对宏基因组克隆文库或功能扩增子进行测序，来研究环境中微生物群落多样性及功能特征。
但Sanger测序方法通量较小、测序周期较长且价格昂贵。
随着新一代测序技术的迅猛发展以及广泛应用，宏基因组测序的方法也发生了翻天覆地的变化，目前科学家们可以对环境中的微生物全部基因组进行测序，在获得海量的数据后，全面地分析微生物群落结构以及基因功能组成，了解微生物如何耐受极端环境，发觉新的生物资源并探索微生物与环境间的相互作用。
下一代测序方法使用了几种不同的高通量平台，最先使用的是基于焦磷酸聚合酶乳液的RocheGS20 454测序仪（又称焦磷酸测序仪）。
宏基因组基因丰度计算
宏基因组基因丰度计算摘要：1.宏基因组概述2.基因丰度计算方法3.基因丰度计算在宏基因组学中的应用4.结论正文：一、宏基因组概述宏基因组学（Metagenomics）是研究微生物群落中全部微小生物遗传物质的总和的科学。
它以环境样品中的微生物群体基因组为研究对象，以功能基因筛选和测序分析为研究手段，旨在揭示微生物多样性、种群结构、进化关系、功能活性、相互协作关系及与环境之间的关系。
二、基因丰度计算方法在宏基因组学研究中，基因丰度计算是关键步骤之一。
基因丰度指的是某个基因在某个样品中的相对含量。
计算基因丰度的方法有很多，以下介绍两种常用的方法：1.基于注释的方法：通过将序列比对到已知的参考基因组或基因组数据库，统计各基因在样品中的数量。
例如，可以将序列比对到KO（Kyoto Encyclopedia of Genes and Genomes）数据库，计算注释到KO 的基因数量。
2.基于聚类的方法：先将所有序列进行聚类，然后计算每个聚类中的序列数量。
常用的聚类方法有Unigene 聚类，它以95% 的相似度为阈值将所有基因进行聚类。
三、基因丰度计算在宏基因组学中的应用基因丰度计算在宏基因组学中有广泛应用，例如：1.研究微生物多样性：通过计算不同样品中基因丰度，可以了解微生物群落的多样性及其分布特点。
2.解析微生物功能活性：基因丰度可以反映微生物在某一环境中的功能活性，有助于揭示微生物群落中的功能基因。
3.研究微生物相互协作关系：通过分析不同微生物基因丰度之间的关系，可以了解微生物之间的相互作用及其对环境的影响。
4.微生物群落功能预测：基于基因丰度的微生物群落功能预测，可以为环境微生物资源的开发和利用提供有力支持。
四、结论基因丰度计算是宏基因组学研究的重要手段，可以揭示微生物群落的多样性、功能活性、相互协作关系等。
在实际应用中，需要选择合适的计算方法和数据分析策略，以获得更准确的结果。
宏基因组
环境保护和污染修复
挖掘降解基因和功能菌株，进行生物修复 获取任何序列的基因或功能，由此合成新物质或发 现新的生物物种。 发掘极端环境为生物的新物种，了解其耐受机制， 帮助极端环境的污染修复。 从宏基因组中分离的重要基因元件组编成具有其他 活性成分、或可降解污染物功能的基因簇，以替代 原有不易降解化合物，或直接降解环境中石油烃、 有害有害化合物、重金属。
宏基因组的研究步骤
分离特定环境生物DNA 纯化大分子量DNA进行克隆 将带有宏基因组DNA的载体通过转化方式转 入模式ronment samples
Enrichment Cultivation
DNA isolation( in-situ and ex-situ lysis) Small size (plasmid) Vectors ligation Large size (Cosmid,Fosmid, BAC,YAC)
底物诱导基因表达筛选 (substrate-induced gene-expression screening ， SIGEX) 缺点：
目标基因的结构性和适应性很敏感， 无法用于分析不能进入细胞质的底物， FACS对进样设备的要求也比较高； 代谢特定底物的调控子和操纵子在位置上不一定都 相邻； 有些基因的表达除了受底物诱导外，还可能受其他 因子的诱导， 有些基因并不需要诱导，是本底水平表达的， 有些可诱导基因在新的宿主中有可能不可被诱导表 达
底物诱导基因表达筛选 (substrate-induced gene-expression screening，SIGEX)
优点： 提供了一个有效的和经济的检测手段 增加了筛选的容量和效率 节省了时间 为高通量筛选提供了保障 不需要对在颜色筛选中使用的底物进行修改，勿需担心 因修改底物而产生毒性 可以从底物来推断得出未知的酶，继而推断基因的功能 尤其适合在工业上使用
宏基因组和环境基因组
宏基因组和环境基因组
首先，宏基因组是指对整个生态系统中的所有微生物群落的基
因组学研究。
它关注的是微生物群落中所有微生物的基因组组成，
包括细菌、古菌、真菌和其他微生物。
它的研究对象可以是海洋、
土壤、人体肠道等各种环境中的微生物。
宏基因组研究可以揭示微
生物群落的多样性、功能和相互作用，对于理解生态系统的结构和
功能具有重要意义。
而环境基因组则是指从环境样品中直接提取DNA或RNA进行测
序和分析，以了解环境中微生物的遗传信息。
这种方法可以帮助科
学家们了解环境中微生物的多样性、代谢功能和生态位，从而更好
地理解生物圈的结构和功能。
环境基因组研究的对象可以包括土壤、水体、空气等各种自然和人工环境。
从研究方法上看，宏基因组和环境基因组的主要区别在于研究
对象的不同。
宏基因组更侧重于对微生物群落整体基因组的研究，
而环境基因组则更注重从环境样品中直接获取微生物的遗传信息。
这两种方法在研究微生物群落结构、功能和相互作用方面都有其独
特的优势和局限性。
总的来说，宏基因组和环境基因组的研究对于揭示微生物在不同生态系统中的作用和适应策略具有重要意义，有助于我们更好地理解生态系统的结构和功能，为环境保护和生物资源利用提供科学依据。
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宏基因组 覆盖率计算
宏基因组覆盖率计算摘要：一、引言二、宏基因组概述三、覆盖率计算方法1.比对覆盖率2.功能覆盖率四、覆盖率在宏基因组研究中的应用1.物种多样性分析2.功能注释3.代谢通路分析五、宏基因组覆盖率计算工具与数据库六、发展趋势与挑战正文：一、引言随着环境微生物组研究的发展，宏基因组学作为一种全面研究微生物群落的手段，受到了广泛关注。
覆盖率是衡量宏基因组学研究质量的重要指标之一，用于描述微生物组中不同基因或功能在总基因中所占的比例。
本文将对宏基因组覆盖率计算方法及其在研究中的应用进行介绍。
二、宏基因组概述宏基因组学是对微生物群体进行基因组水平研究的一种方法，通常通过对环境样品中的微生物DNA进行高通量测序，分析微生物多样性、功能及相互作用。
宏基因组覆盖率是指在宏基因组数据中，某一基因或功能所占的比例。
三、覆盖率计算方法1.比对覆盖率比对覆盖率是指在宏基因组数据中，某一参考基因组上的区域被reads 覆盖的比例。
常用的计算方法有BAM/SAM 格式文件的bedtools 软件包中的coverage 功能，以及bedGraphToBigWig 和wigToBigWig 工具。
2.功能覆盖率功能覆盖率是指在宏基因组数据中，某一基因或功能所占的比例。
通常通过对基因或功能进行功能注释，计算其在总注释功能中所占的比例。
功能覆盖率可以帮助研究者了解微生物组中不同功能的相对重要性。
四、覆盖率在宏基因组研究中的应用1.物种多样性分析覆盖率可以用于评估微生物组中的物种多样性。
通过比较不同样品的覆盖率，可以发现物种组成的差异，从而揭示微生物群落的物种多样性。
2.功能注释覆盖率可以用于评估微生物组中的功能注释质量。
较高的功能覆盖率意味着研究者能够更准确地了解微生物组的功能特征。
3.代谢通路分析覆盖率可以用于评估微生物组中代谢通路的活性。
通过比较不同样品的覆盖率，可以发现代谢通路活性的差异，从而揭示微生物群落的代谢功能。
五、宏基因组覆盖率计算工具与数据库目前，有许多工具和数据库可以用于宏基因组覆盖率的计算和分析，如bedtools、Picard、SAMtools等。
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宏基因组学概述王莹，马伊鸣（北京交通大学土木建筑工程学院环境1402班）摘要：随着分子生物学技术的快速发展及其在微生物生态学和环境微生物学研究中的广泛应用，促进了以环境中未培养微生物为研究对象的新兴学科——微生物环境基因组学(又叫宏基因组学、元基因组学，英文名Metagenomics)的产生和快速发展。
宏基因组学通过直接从环境样品中提取全部微生物的DNA，构建宏基因组文库，利用基因组学的研究策略研究环境样品所包含的全部微生物的遗传组成及其群落功能．在短短几年内，宏基因组学研究已渗透到各个领域，包括海洋、土壤、热液口、热泉、人体口腔及胃肠道等，并在医药、替代能源、环境修复、生物技术，农业、生物防御及伦理学等各方面显示了重要的价值。
本文对宏基因组学的主要研究方法、热点内容及发展趋势进行了综述关键词：宏基因组宏基因组学环境基因组学基因文库的构建Macro summary of MetagenomicsWang Ying, Ma Yi-Ming（BeijingJiaotongUniversity, Institute of civil engineering,）Key words: Metagenome; Metagenomics; The environmental genomics宏基因组学（Metagenomics）又叫微生物环境基因组学、元基因组学。
它通过直接从环境样品中提取全部微生物的DNA,构建宏基因组文库，利用基因组学的研究策略研究环境样品所包含的全部微生物的遗传组成及其群落功能。
它是在微生物基因组学的基础上发展起来的一种研究微生物多样性、开发新的生理活性物质（或获得新基因）的新理念和新方法。
其主要含义是：对特定环境中全部微生物的总DNA （也称宏基因组，metagenomic）进行克隆，并通过构建宏基因组文库和筛选等手段获得新的生理活性物质；或者根据rDNA数据库设计引物，通过系统学分析获得该环境中微生物的遗传多样性和分子生态学信息。
1.起源宏基因组学这一概念最早是在1998年由威斯康辛大学植物病理学部门的Jo Handelsman等提出的，是源于将来自环境中基因集可以在某种程度上当成一个单个基因组研究分析的想法，而宏的英文是"met a-"，具有更高层组织结构和动态变化的含义。
后来伯克利分校的研究人员Kevin Chen和Lior Pachter 将宏基因组定义为"应用现代基因组学的技术直接研究自然状态下的微生物的有机群落，而不需要在实验室中分离单一的菌株"的科学。
2 研究对象宏基因组学(Metagenomics)是将环境中全部微生物的遗传信息看作一个整体自上而下地研究微生物与自然环境或生物体之间的关系。
宏基因组学不仅克服了微生物难以培养的困难, 而且还可以结合生物信息学的方法, 揭示微生物之间、微生物与环境之间相互作用的规律, 大大拓展了微生物学的研究思路与方法, 为从群落结构水平上全面认识微生物的生态特征和功能开辟了新的途径。
目前, 微生物宏基因组学已经成为微生物研究的热点和前沿, 广泛应用于气候变化、水处理工程系统、极端环境、人体肠道、石油污染、生物冶金等领域, 取得了一系列引人瞩目的重要成果。
3 研究方法宏基因组学的研究过程一般包括样品和基因(组)的富集；提取特定环境中的基因组 DNA；构建宏基因组 DNA 文库；筛选目的基因；目的基因活性产物表达(图 1)五个步骤。
图1环境微生物宏基因组学研究过程Fig. 1General process of metagenomic strategie3.1 环境样品及目的基因组富集在宏基因组文库筛选过程中目的基因仅占总 DNA 的一小部分, 对环境样品的预富集可以大大提高目的基因的检出几率。
目前预富集技术主要分为细胞水平富集和基因组水平富集。
其中细胞水平富集主要是通过利用选择培养基对目的微生物进行富集培养, 最常用的方法是底物选择, 此外还包括营养选择及物理化学指标选择。
但是由于富集培养选择性地富集了具有快速生长特性的菌群, 因此导致大部分物种多样性信息丢失。
目前可以通过先在严格胁迫条件下短期处理, 然后改为较温和的处理条件, 可以从一定程度上克服这种方法的局限性。
基因组水平富集常用的技术为稳定同位素探针技术(SIP), 原理是采用稳定同位素标记底物, 其中的“重”原子掺入到具有代谢活性的微生物核酸中, 采用密度梯度离心的方法将“重”的 DNA 与“轻”组分分离, 被标记的“重”核酸可以作为 PCR 的模板, 用来构建宏基因组文库。
例如采用 C 标记的甲醇研究森林土壤宏基因组 DNA, 结果鉴定出变形细菌α-亚纲中所有已知的嗜甲基菌, 并在一种嗜酸菌中发现了新的甲醇还原酶基因。
此外, 还有报道利用抑制性消减杂交技术、差异显示技术、噬菌体展示技术、亲和捕获技术及 DNA 微阵技术等技术来富集目的基因。
3.2宏基因组 DNA 的提取获得高浓度、大片段、无偏好的环境样品总 DNA 是宏基因组文库构建的难点之一。
近年已有多种宏基因组DNA的提取纯化方法陆续建立起来, 大体可分为两类: 一类是直接提取法, 又称原位提取法。
这类方法不经过样品中微生物的培养和分离, 通过化学法、酶解法或物理法直接破碎环境中的微生物细胞而使 DNA 得以释放, 并对 DNA 进行纯化。
其中以 Zhou 法和 Tsai法最为常用。
该法操作简便、省时、成本低, 所获得 DNA 具有较好的完整性, 并能够代表某一生境的微生物群落多样性。
但该发放常会出现细胞裂解不完全或 DNA 与土壤杂质成分产生共沉淀而无法有效地去除等问题, 所以一般需要进一步的DNA纯化处理, 同时所提取获得的 DNA 片段较小(1 kb~50 kb), 主要适用于小片段文库的构建;另一类是间接提取法, 即异位提取法, 是利用离心介质或者梯度离心等方法先把微生物从环境样品中分离出来, 再按处理纯培养细胞的方法裂解微生物细胞提取 DNA。
该法获得的宏基因组 DNA 受到胞外杂质污染干扰较少, 纯度较高、DNA 完整性好(20 kb~500 kb), 适合构建大片段的宏基因组文库。
但该法操作较繁琐、费时、成本高、偏差大、DNA 得率较低, 其产率只是直接裂解法的 1%~10%且获得的 DN A 往往不能完全代表样品所在生境的生态学多样性。
本实验室对温泉淤泥、纸厂污泥、红树林淤泥、沼泽淤泥等 12 个环境样品的总 DNA 提取方法进行了摸索, 研究工作表明，直接提取法提取效率较高, 不容易丢失物种信息, 能够获得 23 kb 左右的 DNA 片段。
并首次加入漆酶来有效去处腐殖酸类物质, 比聚乙烯吡咯烷酮 (PVPP)处理效果更好, DNA 得率更高。
而间接提取法 DNA 提取效率较低, 容易丢失物种信息。
因此, 建议采用直接提取法获得环境样品的总 DNA, 以便分析环境样品微生物群落多样性信息。
3.3 宏基因组文库的构建3.3.1 载体的选择载体选择在宏基因组技术中占有十分重要的地位。
载体系统的选择主要依赖于DNA 提取质量、插入片段、质粒拷贝数、宿主菌及筛选方法。
根据克隆载体的不同宏基因组文库可分为质粒文库、细菌/酵母人工染色体文库、噬菌体类载体文库。
早期宏基因组文库主要以质粒载体和大肠杆菌宿主细胞构建而成的小片段(<15 kb)文库。
该文库操作简便、拷贝数高、对 DNA 质量要求不高, 适合纯度低或剪切较严重的 DNA 模版。
但插入片段小, 筛选量大, 活性比率低, 对大基因簇无能为力, 主要适用于分析新的基因序列信息及筛选编码代谢相关的单一基因或小操纵子。
然而, 很多微生物活性物质是其次生代谢产物, 代谢途径由多基因簇调控, 因此尽量插入大片段DNA以获得完整的代谢途径多基因簇是很有必要的, 目前已有报道能容纳15 kb~40 kb外源DNA的 Fosmid 文库和Cosmid 文库, 同时已经成功构建了容量高达 200 kb~350 kb 外源 DNA 的细菌人工染色体文库和酵母人工染色体文库。
该文库不仅拥有巨大的插入片段载量, 而且稳定性好、筛选效率高、克隆表达能力强, 可获得基因簇表达活性物质。
主要用于分析某一生境中微生物群落多样性及筛选由基因簇或多个基因控制表达的活性物质。
但其操作较复杂繁琐、对 DNA 纯度要求较高, 且拷贝数低, 扩增较困难。
此外, λ-噬菌体和其他病毒也可以作为构建宏基因组克隆文库的载体。
噬菌体展示库是一种十分有效的高通量筛选技术, 该技术通过对表面展示表达产物的亲和选择分离相应的 DNA 序列，能够从宏基因组中富集稀有 DNA 序列，但其局限性在于只能表达分子量小于50kD蛋白。
3.3.2宿主细胞的选择不同的微生物种类所产生的活性物质类型有明显差异。
宿主菌株的选择主要考虑转化效率、重组载体在宿主细胞中的稳定性、宏基因的表达、目标性状(如抗菌)缺陷型等因素。
其中 E. coli是最为常用的宿主细胞，其优点是操作简单、繁殖迅速、培养代谢易于控制。
但是由于环境样品的总 DNA 有很大一部分为真核基因组 DNA, 其在细菌宿主中往往不能表达, 大大限制了这部分基因的筛选。
最近已有报道利用链霉菌、假单胞菌等真菌作为受体来鉴定有关新抗生素生物合成的基因。
但是最近的生物信息学研究表明, 对于一个插入子(<10 kb)的文库, 为寻找一个目的基因需要筛选 105~106 个克隆, 这表明从复杂的宏基因组中筛选目的基因在技术上还存在着其特殊的困难。
因此, 宿主系统的进一步探索是更有效的开发宏基因组资源的关键技术之一。
3.4宏基因组文库筛选由于宏基因组文库容量较大, 目标克隆子的筛选一直是宏基因组学技术中的瓶颈。
近年来, 各种宏基因组文库筛选方法相继建立起来, 根据筛选原理大体分为两大类: 序列依赖性筛选法和非序列依赖性筛选法。
1) 序列依赖性筛选法, 是根据文库中的已知序列或保守序列来设计杂交探针或 PCR 引物, 从宏基因组文库中筛选目标序列。
该法克服了功能筛选法中必须依赖表达后的活性产物进行检测, 效率较高。
其中已知功能基因 PCR 扩增技术是最为常用的序列依赖性筛选法。
此外, DNA 微阵技术和整合子系统技术也可以作为序列依赖性筛选法。
例如 Wagner 等应用 DNA 微阵列技术对活性污泥中微生物的群落结构进行了研究, 获得了大量新的信息, Stokes 等利用整合子系统技术成功筛选到与 DNA 糖苷酶、磷酸转移酶和甲基转移酶同源的新基因。
但是该筛选法存在 2 个主要的缺陷: (1) 引物的设计依赖于已有的序列信息, 共同进化的 2 个功能相似的基因难于用“族特异性”引物区分开来, 因此很难发现新的功能基因; (2) 通过 PCR扩增功能基因, 一般只能获得结构基因的一个片段, 而不能获得完整的功能基因。