由于擴增子測序技術關注的是目標基因的若干區(qū)域，因此其分辨率有限，一般認為較為準確的分類水平到屬級別。雖然擴增子測序也可以通過數(shù)據(jù)庫映射    可能的功能網(wǎng)絡，但是微生物遺傳片段交流比較頻繁，功能基因的橫向轉移也較為普遍，依托于有限菌株建立的功能映射無法盡可能的還原群落的真實功能網(wǎng)絡。

全宏基因組測序技術直接對提取的全宏基因組DNA建立隨機小片段文庫，能夠獲取更多的序列信息。通過組裝、ORFs預測與注釋，可以大大提高分類水平部分至菌株級別，并通過各種大型公共數(shù)據(jù)庫進行相應功能注釋，盡可能真實的獲取群落功能網(wǎng)絡信息。高精度的分析結果也使相關動物驗證實驗更加具備可行性。

技術優(yōu)勢：

1、超深度視野：提取的全宏基因組DNA建立隨機小片段文庫，避免了目的片段的PCR過程，降低bias，隨機測序，獲取更豐富的序列信息；

2、更精確分類定位：很大限度地獲取全宏基因組序列信息，通過組裝延伸，可精確定位部分序列至分類學菌株水平；

3、真實可靠的功能分析：不再是依托映射數(shù)據(jù)庫進行功能預測，而是通過測得的功能基因序列盡可能真實還原構建微生態(tài)系統(tǒng)的功能網(wǎng)絡。

實驗策略：

信息分析：

技術參數(shù)：

研究案例：

膳食纖維通過選擇性重塑腸道菌群改善II型糖尿病

Zhao L, Zhang F, Ding X, et al. Gut bacteria ｓelectively promoted by dietary fibers alleviate type 2 diabetes[J]. Science,2018, 359(6380):1151-1156

1、背景：

腸道菌群作為人類的“第二基因組”，其穩(wěn)態(tài)與人體生理代謝水平、免疫系統(tǒng)的正常運轉有著密切的關系。II型糖尿病又名非胰島素依賴型糖尿病，特點是人體自身能夠產(chǎn)生胰島素，但細胞無法對其作出反應，因此患者的血糖調控是種失衡狀態(tài)。由于其發(fā)病機制非常復雜及伴隨多種并發(fā)癥進而成為了影響人類健康的殺手。近年來的研究表明，腸道菌群降解纖維多糖產(chǎn)生的短鏈脂肪酸可顯著改善II型糖尿病人的治療效果。但是腸道內能產(chǎn)生短鏈脂肪酸的微生物種類繁復，需要找出哪些微生物對疾病的改善起到至關重要的作用。

2、方法：

利用宏基因組學與靶向代謝組學技術，發(fā)現(xiàn)高復合膳食纖維選擇性富集出的產(chǎn)短鏈脂肪(SCFAs)的腸道細菌可顯著改善2型糖尿病。

3、結論：

研究表明額外增加大量結構多樣化的膳食纖維，可以快速顯著地改善II型糖尿病人的各項臨床指標。該研究發(fā)現(xiàn)干預前后的樣本中菌群CAZy基因集譜存在顯著差異，干預模式也對碳水化合物代謝能力產(chǎn)生了一定影響，具體體現(xiàn)在膳食纖維代謝產(chǎn)物的含量差異上?；谏疃葴y序的宏基因組數(shù)據(jù)組裝出154個高質量細菌基因組草圖，并在眾多產(chǎn)SCFAs菌種中篩選出15株顯著富集菌株，這些菌株均為在高膳食纖維干預下II型糖尿病患者腸道中有活性的主要短鏈脂肪酸產(chǎn)生者。通過15個顯著富集菌株與腸道微生態(tài)系統(tǒng)中其他成員間的相關性分析，發(fā)現(xiàn)它們具備更強的生態(tài)競爭力。它們通過發(fā)酵膳食纖維產(chǎn)生短鏈脂肪酸，維持適于自身生長的健康腸道環(huán)境，從而降低有害菌的生長，保持宿主的健康。*終利用動物實驗驗證目的菌株對II型糖尿病的良好調控作用。

15株顯著富集產(chǎn)SCFAs菌株以及其與生態(tài)系統(tǒng)中其他成員關聯(lián)網(wǎng)絡