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微生物群体存在于世界各类生态系统中，从个体体表到肠道，从高原空气到深海海底淤泥，从冰川冻湖到火山岩浆，微生物无处不在，并扮演着不可或缺的角色。对微生物的研究从 Antoni van Leeuwenhoek 发明显微镜开始的数百年中，主要基于纯培养的研究方式。在数以万亿计的微生物种类中，仅 0.1%-1% 的物种可培养(Chen et al., 2005)，极大地限制了对微生物多样性资源的研究和开发。
宏基因组学(Metagenomics)，是由Handelman (Handelsman et al., 1998)最先提出的一种直接对微生物群体中包含的全部基因组信息进行研究的手段。之后，宏基因组学的定义为 “绕过对微生物个体进行分离培养，应用基因组学技术对自然环境中的微生物群落进行研究”的学科。它规避了对样品中的微生物进行分离培养，提供了一种对不可分离培养的微生物进行研究的途径，更真实地反映样本中微生物组成、互作情况，同时在分子水平对其代谢通路、基因功能进行研究(Tringe et al., 2005)。
近年来，随着测序技术和信息技术的快速发展，利用下一代测序技术(Next Generation Sequencing, NGS)研究宏基因组学，能快速准确得到大量生物数据和丰富的微生物研究信息，从而成为研究微生物多样性和群落特征的重要手段(Tringe et al., 2005; Raes et al., 2007)。如致力于研究微生物与人类疾病健康关系的人体微生物组计划(Human Microbiome Project, HMP)，研究全球微生物组成和分布的全球微生物组计划(Earth Microbiome Project, EMP)都主要利用高通量测序技术进行研究。
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