刘莉扬，崔鸿飞，田埂

    随着生命科学及研究技术的不断发展，人们对生命现象的了解更加深入。微生物因为其在工业、农业、医疗卫生、环境保护等各方面的重要地位，被越来越多的研究者关注。自然状态下，微生物几乎无处不在，无论是在自然环境如土壤、海洋甚至一些极端环境(如酸矿水)中，还是在人类和动物的皮肤、口腔、肠道中，微生物都与它们所在的环境相伴相生。除生存环境极为广泛以外，微生物的数量还极为庞大，以人类为例，人类的基因总数只占人类身上微生物基因总数的1% 左右[1]。这些微生物是环境能量、物质代谢的重要中间环节和组成部分，它们有些可以代谢生成周围其他生物所必需的底物，而有些则会代谢生成毒性物质，导致环境污染，或者宿主的疾病。因此，对微生物的研究显得极为重要。

    微生物的传统研究方法主要是依赖将微生物进行培养和分离(culture-dependent)。然而，到目前为止，绝大多数微生物(99% 以上)不能依靠这样的方式获得，这极大地限制了人们对微生物的研究。随着测序技术和数据处理分析能力的飞速发展，以及人们对微生物之间相互依存的共生互利和平衡关系的深入认识，一种可以对环境中所有微生物进行研究而不依赖培养的新方向——宏基因组学应运而生。

    1 宏基因组简介

    宏基因组(Metagenome)，或称为“元基因组”，于1998年由 Handelsman等[2]在一篇研究土壤微生物的文章中首次提出，当时的定义是“微生物群落中的所有基因组的集合”。在此之后，宏基因组的概念渐渐为人们所接受，并涌现了许多针对海洋、土壤、人类肠道等微生物的典型研究工作[3-6]，目前的宏基因组研究主要指对细菌的研究。

    宏基因组学研究与传统微生物研究方式的最大区别在于把微生物看成一个整体，摆脱了对单个微生物培养和分离的步骤，直接对环境中所有的微生物进行研究，进而可以全面地对所有微生物进行分析。随着宏基因组学研究技术的发展和研究者兴趣的不断增加，对其研究手段和研究对象的重点也不断发生着变化，大致可以分为三个阶段：①针对 16S rRNA 为主要研究对象的核糖体 RNA 研究；②以环境中所有遗传物质为研究对象；③以环境中所有转录本为主要研究对象的宏转录组研究。狭义的宏基因组学研究指第二个阶段，本文提到的“宏基因组学”倾向于广义的概念，即三个阶段的总和。

    原核生物的核糖体 RNA，尤其是 16S rRNA，由于其高度保守的序列特性，被当做可以鉴别物种的微生物系统发育的“分子钟”[7]。第一代测序读长长、准确率较高，但通量较低，比较适合对 16S rRNA 进行测序及分析 ......