宏转录组(Metatranscriptome)

简介

宏转录组学(meta-transcriptomics)是兴起于宏基因组学之后，主要对象是特定环境、特定时期群体细胞在某功能状态下转录的所有RNA(包括mRNA和非编码RNA)的类型及拷贝数。该技术不但具有宏基因组技术的全部优点，而且能将特定条件下的生物群落及其功能联系到一起，对群体整体进行各种相关功能的研究。

 

在过去几十年中，大量的转录组序列信息的获得大多数是应用DNA 芯片技术来完成的。起初，这些研究仅限于单个纯培养的生物体，后来扩大到包含几种生物的小群落。以DNA 芯片为基础构建的表达谱能够包含一定量的信息，但是芯片的制作需要基因或全基因组序列有相应的注释。这就降低了从环境中获得新功能的蛋白的可能性。相比较之下，宏转录组研究的样品可以包括许多种类的生物，而且得到的mRNA 序列大多数是未知的，结果分析也不需要已知基因注释，因此宏转录组对于发现新种类的基因质具有非常大的潜力。与宏基因组相比，转录组需要的测序容量较小。在检测的灵敏度和定量的可靠性方面也比较好，这些特点尤其适合于研究低编码密度真核生物基因组。

 

宏转录组的数据包括rRNA和mRNA，这样就可以对样品中微生物群落结构和原位功能进行解释。将其微生物群体复杂的群落分类与它们的功能相关联，可以利用这一特点有效地监控由环境引起的群落结构和功能的变化。

 

随着大规模测序工作的迅速开展，出现了各种生物信息学数据库，应用于大规模微生物的基因组序列分析。这些数据库之间联系密切，并借助于网络形成了复合的、开放型的多功能数据库系统以及多种数据分析软件，为使用者提供了方便。另外，大量基因注释工作的完成极大丰富了数据的信息量。可以预见，当基因组测序及注释工作基本完成以后，积累的大量数据将为宏转录组和宏基因组的研究发展，提供有利的支持。

 

宏转录组学的应用前景包括：

 

生态系统功能研究

 

在生态系统研究中使用宏转录组学技术，能够对实验设计条件下基因表达的变化情况直接进行分析；尤其对于那些活性未知的生物群落的转录组学数据，能够获得一些知之甚少的微生物生态学信息：例如大量代谢——核糖体蛋白、DNA复制相关酶的生态信号的鉴定，或通过基因的线性表达情况来研究复杂微生物群落的基因调节活动。

 

特殊环境微生物研究

 

环境微生物在地球化学循环及一些特殊环境的形成中起着重要的作用，利用宏转录组技术，对那些仍然未知但是可能起着关键作用的基因进行研究，与特殊功能微生物群落结构联系到一起，便能深入理解其生物学本质。比如环境污染地区，通过该地区样品的宏转录组学研究，观察治理过程中总mRNA的变化情况，从中不仅可以获取微生物群体的转录情况，还能得到功能蛋白的转录序列，对相应的酶进行研究，通过对酶原进行有结构的改造，能够得具有强大降解污染物能力的生物酶。

 

微生物互作研究

 

在现代化的工业生产环境中，可以采用生物技术处理废水。运用宏转录组学技术可以研究外来微生物和原有微生物相互作用的机制，从而使生物互作得到充分的利用。