综述：靶向宏基因组分析的策略：分而治之

这篇综述系统探讨了靶向宏基因组分析（targeted metagenomics）技术如何突破传统鸟枪法测序（shotgun sequencing）在复杂微生物群落研究中的局限性。通过聚焦特定基因/基因组，结合DNA富集（如杂交捕获）和细胞富集（如流式分选）策略，显著提升了对稀有微生物（<1%丰度）和水平转移基因（如抗生素抗性基因ARGs）的检测精度，为微生物生态学（Microbial Ecology）和未培养微生物研究提供了新范式。

　　

Abstract

靶向宏基因组分析技术正通过"分而治之"的策略革新环境微生物研究。传统鸟枪法测序虽能全面捕获样本中的遗传信息，但存在两大瓶颈：一是对低丰度(<0.1%)微生物的检测灵敏度不足；二是难以准确将移动遗传元件(如整合性接合元件ICEs)归源到宿主基因组。最新进展表明，结合DNA富集(如探针杂交捕获)与细胞分选(如微流控单细胞分离)技术，可将测序通量精准聚焦于目标微生物群，使稀有物种的基因组覆盖度提升10-100倍。

Introduction

微生物组研究的"暗物质"问题日益凸显——全球154个菌种保藏中心仅保存了57.5万种微生物，而地球微生物多样性预估达万亿种。尽管人类微生物组计划(HMP)等重大项目推动了鸟枪法宏基因组学发展，但Illumina短读长(<300bp)导致的组装碎片化，以及PacBio/Nanopore长读长(>10kbp)的低深度问题，仍限制着对微生物"长尾分布"群体的解析。值得注意的是，当样本复杂度超过1000个物种时，即使60×测序深度下仍有30%基因无法准确注释。

DNA enrichment methods

杂交捕获技术通过设计寡核苷酸探针(如MyBaits系统)可特异性富集目标基因家族，如氮循环相关的nifH基因或抗生素抗性基因盒。最新研究显示，使用CRISPR-Cas9介导的靶向切割能将16S rRNA基因的测序效率提升8倍。而多重置换扩增(MDA)技术结合引物设计，可在保持基因组完整性的同时，将单细胞基因组覆盖率从15%提高到70%。

Cell enrichment methods

流式细胞分选(FACS)凭借荧光标记(如FISH探针)可实现门级精度的细胞分选，但存在"细胞团聚"导致的交叉污染风险。相比之下，微流控芯片通过皮升级液滴封装技术，使单细胞分离效率达到99.7%。近期开发的"同位素标记-纳米级二次离子质谱(nanoSIMS)"联用方案，更实现了对特定代谢功能菌群的原位分选。

Concluding remarks

靶向宏基因组技术正在突破三个维度限制：空间分辨率(单细胞水平)、时间分辨率(动态监测)和功能分辨率(代谢网络重构)。未来通过整合纳米孔测序的实时分析能力与人工智能驱动的探针设计，有望在土壤/肠道等超复杂样本中实现"显微外科手术式"的精准基因组挖掘。