一．什么是宏基因組

某一特定環(huán)境中的所有物種的基因信息總和稱(chēng)為宏基因組。

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二．宏基因組來(lái)源

土壤微生物、腸道、胃液、糞便、食物等

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三．宏基因組研究方向及應(yīng)用

研究方向：1.物種鑒定（物種組成及豐度）；2.功能鑒定（群落結(jié)構(gòu)和功能對(duì)比分析）；3.物種間代謝網(wǎng)絡(luò)（闡釋物種間的代謝網(wǎng)絡(luò)，發(fā)現(xiàn)闡釋物種間的代謝網(wǎng)絡(luò)，發(fā)現(xiàn)具有應(yīng)用價(jià)值的代謝產(chǎn)物）；4.菌種和功能基因檢出（對(duì)特定生境中起關(guān)鍵作用的菌種和功能基因的檢出）；5.單菌組裝（宏基因組binning進(jìn)行單菌基因組組裝）

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應(yīng)用：1.醫(yī)學(xué)領(lǐng)域：致病菌研究；疾病標(biāo)志微生物篩查；疾病的診斷和分型；微生物與疾病關(guān)聯(lián)；

2.農(nóng)學(xué)領(lǐng)域：生物防治；植物與微生物互作；動(dòng)物發(fā)育與免疫；

3.工業(yè)領(lǐng)域：食品發(fā)酵；污染修復(fù)；污水處理；

4.環(huán)境領(lǐng)域：生物地球化學(xué)循環(huán)；抗生素抗性基因；水體、空氣污染；

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四．對(duì)宏基因組測(cè)序技術(shù)的介紹

宏基因組測(cè)序（Metagenomic Sequencing）:指利用二代或三代測(cè)序技術(shù)對(duì)環(huán)境樣品中全部微生物的基因組DNA進(jìn)行序列測(cè)定，以分析微生物的遺傳多樣性和豐度，解讀微生物群體的基因組成和功能多樣性，探索微生物與環(huán)境及宿主之間的關(guān)系，發(fā)掘和研究新的具有特定功能的基因等。

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五．宏基因組實(shí)驗(yàn)流程

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?1.?提取樣品總DNA；2.DNA質(zhì)量檢測(cè)；3.核酸片段化；4.末端修復(fù)及3’端加上突出的A尾；5.連接測(cè)序接頭；6.磁珠法篩選片段；7.PCR擴(kuò)增（ONT無(wú)）；8.上機(jī)測(cè)序；

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六．宏基因組binning分析

宏基因組分箱（Binning）?是將宏基因組測(cè)序得到的混合了不同微生物的序列reads或序列組裝得到的contigs或scaffolds按物種分開(kāi)歸類(lèi)的過(guò)程。這些分開(kāi)歸類(lèi)的序列被稱(chēng)為宏基因組組裝基因組（metagenome-assembled genomes，MAGs)。

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七．常見(jiàn)分析類(lèi)型

1.物種/功能組成分析：展示每個(gè)樣品中有哪些物種/功能，在不同處理中變化趨勢(shì)

2.物種/功能多樣性分析：

2.1 Alpha多樣性反映的是單個(gè)樣品物種豐度（richness）及物種多樣性（diversity），有多種衡量指標(biāo)：Chao 1、Ace、Shannon、Simpsom。

2.2 Beta多樣性反映的是樣品或者不同處理間差異，結(jié)合相似性分析（ANOSIM）或者置換多因素方差分析（Permutational multivariate analysis of variance,PERMANOVA或者ADONIS分析）來(lái)檢驗(yàn)組間（兩組或多組）的差異是否顯著大于組內(nèi)差異，分析不同分組因素對(duì)樣品差異的解釋度。

3.物種/功能差異分析：差異分析可用于比較不同處理間物種、功能、代謝產(chǎn)物的差異，包含兩組間T-test、Metastats分析、Wilcoxon等，多組間Anova、LefSe分析、Kruskal-Wallis等。

4.相關(guān)性與關(guān)聯(lián)分析：可用于研究微生物、功能、環(huán)境因子和代謝產(chǎn)物之間的相互作用關(guān)系，有兩類(lèi)方法，一種是排序分析（RDA/CCA、db-RDA）,一種基于相關(guān)系數(shù)的方法（Pearson、Spearman、Sparcc），展現(xiàn)形式可以分為熱圖、網(wǎng)絡(luò)圖等。

5.隨機(jī)森林與ROC分析：基于菌群和代謝物數(shù)據(jù)的隨機(jī)森林模型可有效識(shí)別不同處理間生物標(biāo)記物（biomarker），結(jié)合預(yù)測(cè)模型的ROC曲線(xiàn)，篩選在不同處理間起重要作用的微生物、功能及代謝產(chǎn)物。