宏基因组学(Metagenomics)是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。
宏转录组（Metatranscriptomics）是指对特定环境中所有RNA进行提取、测序和分析的过程，可研究特定生境、特定时空下微生物群落中活跃菌种的组成以及活性基因的表达情况，提供对复杂微生物群落中基因表达的全面视角。
或许我们可以通过一个新的方式认识宏转录组，和我们熟悉的宏基因组进行对比！
自然界中，微生物之间、微生物与周围环境因子之间存在频繁紧密的关联，在每一个微生物个体内部也涉及DNA-RNA-Pro-代谢物运行过程。因此非生物因素下的这些微生物，主要是个体内部分子之间的一个相互作用，再包括外部物种间，环境因子等影响，最终才是我们看到的某一个微生物“表型”，针对这种微生物我们一般选用宏基因组+宏转录组的关联策略，深入挖掘微生物群落结构和分子层面的功能特征。
总之，宏基因组能够告诉我们环境中所有微生物能够做什么，而宏转录组能够告诉我们环境中所有微生物正在做什么。
应用方向
宏基因组＆宏转录组
1、农业科学：植物抗逆性研究、植物—微生物互作、作物品质改良、病虫害防控、土壤微生物群落研究；
2、生态领域：环境胁迫响应，揭示微生物在不同环境压力下的基因表达变化，帮助理解微生物的适应机制；
4、工业应用：微生物活性物质开发、环境监控
在这个多组学联合分析的时代，宏转录组都可以和哪些组学联合分析呢？通过案例一起来看一下吧!
凌恩实例1
16s扩增子结果表明分析盐胁迫处理后，植物的根和根际微生物变化，发现假单胞菌得到富集； 宏基因组+宏转录组结果表明分析盐胁迫处理后基因的变化情况，发现与运动相关的基因显著富集； 代谢组结果表明发现盐胁迫植物的根系分泌嘌呤增多； 联合分析得出结论：大豆通过分泌关键代谢物（嘌呤）招募有益的假单胞菌物种，从而对抗盐胁迫。
图2 根部分泌物成分黄嘌呤丰富了假单胞菌
凌恩实例2
图3 参与聚合物降解的微生物群落
经典案例1
多环芳烃（PAHs）污染土壤，按照下方表格加入GO后，在第14天和第28天对土壤样品进行分析，每个处理设6个重复。
实验主要结果：
16S扩增子的结果显示GO改变土壤微生物群落结构，刺激某些微生物的繁殖，这可能有助于土壤中PAHs的降解。
宏转录组分析结果表明GO影响了土壤微生物群落的基因表达。实验组中大量差异基因富集于微生物运动和能量代谢通路，表明土壤中潜在的PAHs降解微生物趋于活跃，这可能有助于促进PAHs的生物降解。
非靶向代谢组分析结果表明GO对土壤微生物生长和代谢有影响，CK组和GO组的土壤代谢物具有明显的分组趋势。
凌恩生物深耕微生态研究，合作客户已发表多篇宏转录组多组学文章，凌恩生物，期待与你合作！
参考文献
[1]Zheng Y, et al. Purines enrich root-associated Pseudomonas and improve wild soybean growth under salt stress. Nature Communications. 2024
[2]Phytoplankton-derived polysaccharides and microbial peptidoglycans are key nutrients for deep-sea microbes in the Mariana Trench.Microbiome,2024.
[3]Understanding the role of graphene oxide in affecting PAHs biodegradation by microorganisms: An integrated analysis using 16SrRNA, metatranscriptomic, and metabolomic approaches.Journal of Hazardous Materials,2023
