宏转录组学(Metatranscriptomics)作为一项前沿技术，用于探索不同生态系统中微生物群落在特定时间内的基因表达和功能活性，从而揭示它们对当前环境的代谢反应。宏转录组学兴起于宏基因组之后，从整体水平上研究某一特定环境，特定时期群体生命全部基因组转录情况以及转录调控规律，它是以生态环境中的全部RNA为研究对象，研究特定环境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。与宏基因组学相比较，宏转录组学能从转录水平研究复杂微生物群落变化，更多关心基因表达、差异基因等内容，功能研究更为细致，能更好的挖掘潜在的新基因。
宏基因组能够告诉我们环境中所有微生物及这些微生物能够做什么，而宏转录组能够告诉我们环境中所有微生物正在做什么。
研究方向
♦ 生物多样性
研究微生物群体的多样性，包括不同成员在不同条件下的表达模式，以及这些模式与生境因子的关系。
♦ 疾病研究
研究微生物群落与健康之间的关系，筛选出潜在的生物标志物和药物靶点；复杂疾病研究、癌症研究及标志物、药物作用机制及靶点、免疫应答、干细胞研究、分子标记物探索、微生物感染致病机理研究、宿主-病原体免疫互相作用。
♦ 生态功能
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；微生物群体在碳循环、氮循环、有机物降解等过程中的角色；土壤、水体、大气等不同生态系统中微生物群体的基因表达。
♦ 环境监测
对污染物、温度变化、酸碱度等监测，提供环境变化的早期指标。
♦ 工业应用
传统发酵液、生物冶金、活性物质、生物药物生产、工业废水处理、食品工业。
♦ 农业应用
植物抗逆性研究、植物与微生物相互作用、作物品质改良、病虫害防控、土壤微生物群落研究、粮食安全和可持续性。
宏转录组技术路线
主要分析图示
宏转录常见样本取样量
成功案例
发表期刊：Nature Communications
英文题目：Sublethal systemic LPS in mice enables gut-luminal pathogens to bloom through oxygen species-mediated microbiota inhibition
影响因子：15.7
合作单位：苏黎世联邦理工学院
实验方法：16s rRNA基因测序、宏转录组
该研究通过构建内毒素血症动物模型，并结合TLR4敲除小鼠、体外实验等方法，揭示了内毒素血症通过TLR4依赖性机制增加肠道氧物种，抑制正常菌群发酵，促进沙门氏菌等兼性厌氧病原体通过有氧呼吸增殖。其中，宏转录组分析起到了重要作用，它揭示了LPS暴露组小鼠肠道菌群中参与氧化应激响应、抗氧化、蛋白质折叠和翻译相关基因的表达显著上调，为理解内毒素血症对肠道菌群稳态的影响提供了重要的分子机制。
宏转录组分析关键内容
基因表达模式：通过比较LPS暴露组和对照组小鼠肠道菌群的宏转录组数据，研究人员发现LPS暴露组小鼠肠道菌群中参与氧化应激响应、抗氧化、蛋白质折叠和翻译相关基因的表达显著上调。这表明内毒素血症诱导了肠道菌群的氧化应激反应，并启动了相应的应激响应机制；
功能基因变化：宏转录组分析还揭示了LPS暴露导致肠道菌群中一些关键功能基因的变化；
氧化应激相关基因：氧化酶基因（如Nox1、Cybb和Duox2）的表达上调，表明肠道菌群中的ROS/氧气水平增加。蛋白质合成相关基因： 核糖体蛋白基因（如rpl3、rps10）和氨基酸生物合成相关基因（如leuB、hisB）的表达下调，表明肠道菌群蛋白质合成受到抑制；
与代谢组学的关联：宏转录组分析结果与靶向代谢组学分析结果相互印证，共同揭示了氧化应激对肠道菌群代谢的影响。SCFA水平降低与核糖体蛋白基因和氨基酸生物合成相关基因表达下调相一致，表明肠道菌群发酵受到抑制。
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