宏基因组学概述
完整版)宏基因组测序讲解
完整版)宏基因组测序讲解宏基因组测序的目的是研究藻类物种的分类、与特定环境相关的代谢通路，以及通过不同样品的比较研究微生物内部、微生物与环境以及与宿主的关系。
宏基因组，也称为微生物环境基因组或元基因组，是由Handelsman等于1998年提出的新名词。
它包含了可培养的和未可培养的微生物的基因，主要指环境样品中的细菌和真菌的基因组总和。
宏基因组学是一种以环境样品中的微生物群体基因组为研究对象的微生物研究方法。
它通过功能基因筛选和/或测序分析为研究手段，以微生物多样性、种群结构、进化关系、功能活性、相互协作关系以及与环境之间的关系为研究目的。
一般XXX包括从环境样品中提取基因组DNA，进行高通量测序分析，或克隆DNA到合适的载体，导入宿主菌体，筛选目的转化子等工作。
宏基因组文库是一种重要的研究工具，可以利用转入大肠杆菌中的宏基因组DNA载体，使以前无法研究的不可培养微生物的DNA得到复制、表达，从而进行研究。
所有带有宏基因组DNA载体的模式微生物克隆构成宏基因组文库。
对于宏基因组文库的DNA进行分析，有很多分析方法，主要分为表型功能筛选和序列基因型分析两类。
表型功能筛选是利用模式微生物表型的变化筛选某些目的基因，例如从文库中筛选能表达抗菌物质的克隆。
而序列基因型分析则是对文库中所有或部分的DNA进行测序分析，以应用于生态学研究，例如分析文库中16SrRNA序列，对所研究生态环境的多样性进行评估。
一个典型的宏基因组分析涉及多个轮次，以确保从生态环境标本中分离到目的基因，并尽可能多地分析DNA序列所编码的信息。
XXX是一种以环境样品中的微生物群体基因组为研究对象的新的微生物研究方法。
它主要通过功能基因筛选和测序分析来研究微生物多样性、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。
在宏基因组学研究中，样品总DNA的提取及基因或基因组DNA的富集是非常关键的步骤。
提取的样品DNA必须可以代表特定环境中微生物的种类，获得高质量环境样品中的总DNA是宏基因组文库构建的关键之一。
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。
宏基因组技术在微生物中的应用
新途径—宏基因组途径 近年来发展起来的宏基因组克隆技术,直接提 取环境样品核酸进行遗传操作,避开了微生物 分离培养问题,极大地扩展了微生物资源的利 用空间。已在土壤生态环境、海洋生态环境 和各种极端环境中开展应用。
1.2.宏elsman等首次提出宏基因组的 概念。一种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,以微生物多样性、种群结构、进化 关系、功能活性、相互协作关系、及与环境 之间的关系为研究目的的新的微生物研究方 法。
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(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。
2.1环境样品及分,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。
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物遗传信息,因此增加了获得新的一般流程可以归纳为:样品和基因 (组)的富集;提取特定环境中的基因组DNA或的筛选策略主要分为序列 筛选和功能筛选2种。序列筛选策略是先从文 库中获得目的基因,继而对之异源表达,得到具 有生物活性的产物;功能筛选策略则是先获得 具有生物活性的阳性克隆子,再通过插入片段 测序,得到相应的基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、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。
宏基因组 效应因子-概述说明以及解释
宏基因组效应因子-概述说明以及解释1.引言1.1 概述概述宏基因组（metagenome）是指从一个生态系统中采集到的所有微生物基因组的总和。
宏基因组研究领域的涌现，使我们能够深入了解微生物群落的结构和功能。
传统的基因组学研究主要关注单个微生物的基因组，而宏基因组学则关注整个微生物群落的基因组。
宏基因组的研究方法包括高通量测序技术和生物信息学分析。
高通量测序技术使我们能够对微生物群落中的各种微生物进行全面的基因组测序，包括细菌、真菌、病毒等等。
生物信息学分析则用于对这些海量的基因序列进行解读和分析，以获取微生物群落的组成、功能和相互关系等信息。
效应因子在宏基因组中起着重要的作用。
效应因子是指调节微生物群落结构和功能的关键因素，可以影响微生物的生长、代谢和相互作用等过程。
在宏基因组中，效应因子可以是环境因素、营养物质、宿主因子等等。
它们与微生物群落的相互作用密切相关，对维持微生物群落的稳定性和功能发挥起着重要作用。
本文将重点介绍宏基因组和效应因子在微生物研究中的意义和应用。
通过探究宏基因组的定义和研究方法，我们可以更深入地理解微生物群落的多样性和功能特征。
同时，我们还将探讨效应因子在宏基因组中的作用，以期为微生物研究提供更多的启示和方向。
在接下来的章节中，我们将详细介绍宏基因组和效应因子的概念、特点和研究进展。
通过对相关文献的综述和分析，我们将总结宏基因组和效应因子对微生物群落和生态系统的影响，为未来的研究提供展望和建议。
文章结构部分的内容如下：1.2 文章结构本文将按照以下结构组织：第一部分为引言部分，主要介绍本文的背景和目的。
在引言的第一节中，将对宏基因组和效应因子的概念进行概述，以便读者对后续内容有一个基本的了解。
接下来的第二节将介绍本文的结构，即各个章节的主要内容和安排。
最后的第三节将明确本文的目的，即通过对宏基因组和效应因子的研究，揭示它们在生物体中的作用和意义。
第二部分为正文部分，重点讨论宏基因组和效应因子。
基于宏基因组学16S
基于宏基因组学16S宏基因组学在环境生物学领域的应用：以16S rRNA基因序列分析为例随着生物技术的不断发展，宏基因组学作为一种新型的生物学研究方法，已经逐渐成为环境生物学领域的研究热点。
本文将介绍宏基因组学的概念、方法及其在环境生物学领域的应用，并通过16S rRNA基因序列分析的案例，探讨宏基因组学在生物学领域的应用前景。
一、宏基因组学简介宏基因组学是一种通过对环境中宏基因组（即全部微生物的基因组）进行研究的方法，以了解微生物多样性、生态系统功能以及环境因素对微生物群落的影响。
宏基因组学的研究对象包括土壤、水体、植物根际等自然环境，也可以是废水处理系统、生物燃料等人工环境。
通过宏基因组学的研究，可以深入了解微生物群落的结构和功能，为环境保护和生物资源的利用提供科学依据。
二、16S rRNA基因序列分析在宏基因组学中的应用16S rRNA是细菌的一个编码区，它具有高度的保守性和特异性，可以用来鉴定不同种类的细菌。
在宏基因组学研究中，通过对环境中16S rRNA基因序列进行分析，可以了解微生物群落的结构和多样性，进一步研究微生物群落与环境因素之间的关系。
三、案例分析：16S rRNA基因序列分析在废水处理系统中的应用为了研究废水处理系统中微生物群落的结构和功能，我们对废水处理系统中不同处理阶段的微生物群落进行了16S rRNA基因序列分析。
通过对比分析不同处理阶段的微生物群落组成和多样性，我们发现：1、在废水处理的各个阶段，微生物群落的组成和结构均存在明显的差异。
这些差异可能与不同处理阶段中微生物的代谢功能和环境适应性有关。
2、利用16S rRNA基因序列分析方法，我们可以准确地鉴定出废水处理系统中主要的细菌种类和它们的相对丰度，这对于理解废水处理过程中微生物的作用和机制非常重要。
3、通过比较不同处理阶段的微生物群落功能基因，我们发现随着处理过程的进行，参与不同代谢途径的基因丰度发生了明显变化。
宏基因组和宏转录组
宏基因组和宏转录组宏基因组和宏转录组是生物学研究的两个重要领域，在生物多样性研究、新物种发现、环境污染监测等方面都有着广泛的应用。
在这篇文档中，我们将详细介绍宏基因组和宏转录组的概念、研究方法、应用和挑战等方面，希望能对读者有所启示。
一、宏基因组的概念和研究方法宏基因组指的是对整个微生物群落（甚至包括整个生态系统）的基因组进行研究。
和传统分子生物学研究中只针对单个物种或单一基因的研究不同，宏基因组可以同时研究到各种微生物（包括细菌、真菌、古菌等）的基因组，从而能更全面地了解微生物群落的结构、功能和交互作用。
研究宏基因组的主要方法包括：1.高通量测序技术。
序列可以分为短序列和长序列两类，其中短序列多采用Illumina HiSeq、MiSeq等平台，长序列多采用Oxford NanoPore、PacBio等平台。
高通量测序技术可以快速、准确地获取微生物群落的基因组信息，特别是在未知物种中寻找新基因时有着重要的作用。
2.基因组装和注释。
通过将高通量测序数据进行去噪、拼接、组装等处理，可以得到微生物群落的基因组信息，然后根据数据库的信息对基因进行注释，以了解它们的功能、结构等信息。
3.比较基因组学。
对不同物种的基因组信息进行比较，可以了解它们之间的进化关系、基因家族扩张与变异、适应性等信息。
二、宏转录组的概念和研究方法宏转录组是对微生物群落中所有基因的转录本的研究。
它可以帮助我们了解群落中各种微生物的功能特征和代谢能力，从而更加深入地了解微生物群落的生物学特性和环境适应性。
研究宏转录组的主要方法包括：1. 直接测序技术。
采取高通量测序方法，将群落中mRNA转录本进行转录组测序。
通过直接转录组测序，可以避免PCR引入的失真，获得全长、高质量的RNA序列，并对微生物群落中的基因表达情况进行全面的了解。
2. 基因序列比对与定量分析。
将直接测序得到的序列与基因组序列进行比对，可对基因表达进行定量分析，获得微生物中各基因的表达量、拷贝数、相对表达量等信息，研究基因表达水平的差异。
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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。
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"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LｉoｒPaｃｈｔer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(１ｋb~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DNA 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（<１５kb）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１５kb~4０ｋb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。