Nature biotechnology:重复实验揭示宏基因组学的潜力 (扩增子综述系列2)

2012年的老综述，主要针对宏基因组。看一作和杂志就知道文章质量有多高了。

地球上微生物细胞数超过1030，这个数字比宇宙中已知恒星的数量还多九个数量级。

我们对任何生态系统中的大多数微生物分类群的功能了解都是极其有限的，而且通常局限于测量群落的总酶过程（gross enzymatic processes）。此外，已测序的宏基因组数据集在生物技术研究中只发挥了很小的作用，大多数新进展是通过酶的异源表达(heterologous expression)实现的。随着新技术的发展，我们对地球上微生物多样性的认识将会进一步提高。高通量测序方法促进了微生物生态系统功能和进化过程的研究。

本综述讨论了DNA测序的进步、数据的处理和实验设计的改进如何能够提升宏基因组学的研究。讨论了鲁棒实验设计的必要性，强调需要一个地球微生物群落项目，该项目将依赖于宏基因组学，在时间和空间尺度上探索地球微生物暗物质，同时促进新的基因发现。

改变宏基因组实验设计的范式

将需要国家和全球层面的合作，在试验设计中达到统一的最低标准(minimum standards)。

需要收集足够数量的重复来对生物变异进行严格的统计分析。

严谨的实验设计将应用于未来的元基因组学实验。

浅层和深层测序

样品的深度测序可以提供稀有物种的基因信息,但如果没有大量的样本,观察到的模式就没有确定的统计学意义；基因和类群之间的同现模式(co-occurrence)难以评估;影响微生物群落的跨时间和空间的生物或非生物因素也不能确定。

微生物生物地理学，必须同时研究许多来自相关或对照群落的样本。

决定是对几个样本进行深度测序，还是对多个样本进行浅层测序，取决于要回答的问题。为了观察微生物群落的稀有物种需要进行深度测序。无论栖息地如何，群落中稀有物种都可以发挥关键的功能作用，如营养循环(如甲烷或固氮)、发病机制、免疫系统的刺激和代谢物的产生。此外，一种样品中罕见的微生物在另一种样品中可能很常见。

相比之下，浅层测序能够探索微生物群落动态结构，这对于理解生态系统是非常基础的。

在大多数研究中，分析样本数量的增加对分析能力有重要影响。

向地球微生物组项目迈进

作者提出了地球微生物组计划Earth Microbiome Project (EMP; http://www.earthmicrobiome.org/)。

EMP旨在系统地描述全球生态系统中微生物分类和功能生物多样性，并通过标准化用于生成和分析研究之间数据的协议来组织国际环境微生物学研究

其新颖之处在于其规模大和用于生成和分析研究之间数据的协议的标准化。

本文最主要的知识点都在表里了