mBio：高通量宏基因组技术综述
最近，来自美国俄克拉荷马大学、清华大学、劳伦斯伯克利国家实验室、中科院生态环境科学研究中心和加州大学伯克利分校等处的研究人员，在美国微生物学会主办的《mBio》期刊发表评论文章“High-Throughput Metagenomic Technologies for Complex Microbial Community Analysis: Open and Closed Formats”，这篇论文对最常用的复杂微生物群落高通量宏基因组技术（“开放格式”和“封闭格式”），提供了关键的评论和综合，并讨论了它们的特点、优点及其在环境科学中的应用，集中于复杂微生物系统的分析。此外，作者还讨论了互补性高通量分子技术用来解决重要生态问题时的关键问题和注意事项。
本文通讯作者为清华大学环境学院教授、千人计划入选者周集中博士。周集中1981年12月毕业于湖南农业大学植物保护专业，后又获得该校昆虫专业硕士学位并留校任教。后在美国华盛顿州立大学获得分子生物学博士学位。密歇根州立大学博士后研究员，曾任美国橡树岭国家实验室环境基因组学研究中心主任。2001年7月12日，美国总统布什在白宫授予其美国总统青年科学家奖。现任美国俄克拉荷马大学教授、环境基因研究所主任，美国劳伦斯伯克利国家实验室环境技术中心主任，北京清华大学客座教授，中南大学客座教授。研究方向为微生物功能基因组学、基因组学研究技术、微生物生态和极端环境条件下的微生物以及群落和生态系统基因组学等多个领域。在science，PNAS等国际知名刊物发表学术论文100余篇，被SCI引用1400余次。
美国国家工程院院士、劳伦斯伯克利国家实验室、加州大学伯克利分校的Lisa Alvarez-Cohen也是本文共同作者之一。Alvarez-Cohen教授的主要研究领域是环境污染物的微生物降解及其转化机理，在生物修复微生物种群的分子生物学技术和示踪分析方面做出了卓越的贡献。另外，中科院生态环境研究中心百人计划、研究员邓晔博士也是本文共同作者之一。微生物栖息于生物圈中几乎每一种可能的环境中，在生态系统中发挥着不可或缺而独特的作用，并参与基本要素的生物地球化学循环。它们的结构、功能、互动和动态是我们生存的关键，然而它们的检测、鉴定、描述和量化却给我们带来了巨大的挑战。首先，微生物群落是非常不同的，自然环境中大多数微生物尚未得以培养。第二，任何生态系统中，各种微生物彼此相互作用形成复杂的网络，其行为很难预测。在微生物多样性和生态系统功能之间建立机制联系，对于我们理解复杂微生物群落相互作用和活动，增加了一个额外的挑战。分析微生物群落结构和功能的有效高通量技术，对于这一机制的了解至关重要。
16S rRNA基因的测序和系统发育分析，为微生物群落的现代研究提供了基础。基于PCR的16S rRNA克隆分析已经带动了群落成员信息的激增，并大大扩大了已知的微生物多样性。但是，基于PCR的16S rRNA基因分析有很多局限。通过宏基因组分析的发展，可以解决所有挑战，涉及直接测序或筛选未扩增的环境DNA。这些方法构成了重要的“开放格式”，它们不需要预先知道群落的信息，从而使研究人员能够发现前所未见的新类群和基因以及它们之间的联系。
在很大程度上，克隆dna分析已经被环境资源中提取DNA的新一代测序所取代，通过提高DNA测序的速度和通量，新一代测序已经改变了微生物生态学研究领域。目前，宏基因组数据库中挤满了来自全球不同生境的高质量序列信息，从而彻底改革了生物系统的分子分析，并促进了以前不能解决的问题的研究。
虽然功能性宏基因组学，有望形成生态学理论和理解，但是它已经落后于鸟枪测序，因为筛选技术的进展比较缓慢。复杂的计算方法和封闭格式方法（如微阵列），也为高通量测序（开放格式）所产生的大量数据的生态学见解，提供了便利。
高通量测序和微阵列技术已经被应用于不同的群体。利用这些方法进行的众多研究已经激发了一些优秀的评论，特别适用于人类微生物组。这篇论文的目的是补充以前的评论，主要集中在DNA为基础的、应用于复杂环境（如它们被发现的土壤）的宏基因组技术。
作者：周集中
