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随着高通量测序技术的普及，微生物研究逐渐进入大数据时代。在微生物群落研究当中，常用的高通量测序方法有扩增子测序（以16S rRNA为代表），宏基因组测序和宏转录组测序三种。多一种方法，代表着多一种手段来解决问题，但我们在群落研究的时候往往不知道应该挑选哪一种方法：16S与宏基因组都可以研究微生物组成和多样性，到底哪个方法好？宏基因组能研究的内容，宏转录组都涵盖，是否代表宏转录组技术更好？ 带着这些问题，我们一起来探讨这三种方法各有什么优缺点，它们又该适用于哪些研究。
是扩增子测序技术的代表，它的研究对象是基于PCR扩增的细菌16S rRNA片段，主要对微生物群落的组成和多样性进行研究，从中挖掘微生物和生境的关系信息。
能够获得微生物群落的所有基因序列，通过对序列的拼接组装，从而获得基因组的结构信息和功能信息，主要对微生物群落的组成及功能进行研究。
以特定群落的全部RNA为研究对象，通过数据比对而获得基因的结构信息和表达信息，能够在转录组水平对微生物群落进行组成研究和基因功能研究等。
在微生物群落研究当中，我们无非关心的是两类型的信息：物种信息和基因功能信息。针对这两方面，我们对三种技术进行解释（图1）。 图1 微生物群落研究方法比较 16S rDNA测序： 由于研究对象只为细菌的16S rDNA，因此16S测序技术更多只用于研究群落物种信息，也就是利用OTU物种分类、α和β多样性分析等手段解答群落有什么物种，物种关系是什么等问题。因此，这种技术更多地只能了解到环境对微生物的组成有何影响，更偏向于单向关系研究。 宏基因组测序： 宏基因组的研究对象为群落所有DNA，因此研究范围更广。理论上不单只可以了解群落的组成和多样性等物种信息，同时，利用基因的注释信息，还可以挖掘群落的核心功能和通路信息，在基因组层面了解这个群落到底有什么物种，这些物种能够发挥什么功能。只有了解群落功能，才能知道它们对环境有什么影响，这有利于进行微生物与环境的双向研究。 宏转录组测序： 宏转录组以mRNA为研究对象，同样的通过数据组装和比对，能同时挖掘物种信息，基因功能信息，发现新基因，这与宏基因组的作用没太大差别。它的特点在于，因为是转录组信息，因此在进行基因研究的时候，可以关注到基因表达情况，从而更深入地了解基因如何被调控，基因表达如何应答环境变化等细节问题，在功能研究上更为细致。
除了在核心的应用范围进行比较之外，我们还在建库技术细节、资金需求等方面作了一些总结（如表1），下面就简单介绍一下： 16S测序由于研究对象只限定于16S rDNA，因此它的建库难度相对较低，测序数据量也不大，自然每样本所需资金也是最低的。这使得它更适合直接用于大样本研究，或先通过16S技术在大样本中筛选合适样本，再结合其他技术进行功能研究。 宏基因组能研究的内容，宏转录组都能研究，甚至看似宏转录能研究的内容更为精细（可挖掘基因表达信息）。那么为什么还需要宏基因组呢？其中一个重要原因在于，微生物群落mRNA含量只有总RNA含量的5%-10%，同时它们极其不稳定，因此会造成建库难度大，数据容易丢失等问题。利用DNA为研究对象，它们更为稳定，获得的基因数据信息更全。在进行群落功能研究的时候，可以利用宏基因组与宏转录组结合的方式，技术优势互补，更全面地进行功能挖掘。 表1 微生物群落研究方法比较  16S与宏基因组 同是基于微生物DNA的测序技术，16S技术主要的研究对象为16S rDNA，而宏基因组则为全部DNA。由于它们的研究对象不同，因此这两种技术的研究内容也不尽相似。16S测序更为偏重于微生物群落的组成和多样性研究，同时由于建库测序成本更低，此技术比宏基因组更适合用于大样本的群落研究。而宏基因组技术理论上也可以进行群落的物种组成和多样性研究，并且由于能够获得基因组的所有信息，也可以用于群落的功能研究，挖掘微生物群落有什么功能。联用这两种技术，利用16S成本较低的优势，在前期检测大量样本的组成和多样性后，筛选目标群落，后续进行宏基因组研究，挖掘群落的功能信息。 宏基因组与宏转录组 它们都可以用于物种组成，多样性及功能研究，主要不同在于宏基因组的研究是在DNA水平，因此相比于宏转录组，它对基因结构的把握更为全面可靠。但宏转录组对基因功能的挖掘更为深入，通过研究基因的表达信息和调控信息，更够更好的对微生物如何发挥功能进行诠释。利用宏基因组与宏转录组结合的研究手段，可以对物种组成等信息进行同步验证，同时也可以在不同层面更好地挖掘群落功能信息。 文献解读/技术贴/教程贴/前沿资讯， 每天一篇干货分享给你~ 做行业内最具干货的公众号！ 我们的梦想在未来， 基迪奥能助您达到更高的科研领域！ |
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