宏基因组学已经非常成功地从宏基因组，也就是宏基因组组装基因组(MAG)生成候选物种水平的基因组，这种方法极大地增加了我们对生物多样性的认识。典型的MAG工作流程包括从一个或多个宏基因组数据集从头组装contig，然后根据组成和丰度信息将这些contigs“分拣”到物种级别的箱子中，不过这些“箱子”往往不包含accessory element或宿主-质粒关联。在Meta Hi-C/3C中，细胞之间几乎不存在互作，表现在数据层面就是同一物种的互作远远高于物种间的互作，从而达到宏基因组分箱的目的。同时利用该原理，可以通过检测移动元件与宿主之间的互作关系来判断移动元件所属的宿主，在耐药基因的传播途径解析、噬菌体-宿主关系解析等方面应用广泛。下面“借”近期两篇Meta C文章，来一览它的最新实际应用。
Meta Hi-C揭示了健康人类肠道的噬菌体-细菌相互作用网络
题目：MetaHiC phage-bacteria infection network reveals active cycling phages of the healthy human gut
期刊：Elife
研究对象：人类肠道微生物
发表时间：2021年2月
研究方法：Meta Hi-C，Meta 3C
研究团队：法国巴斯德研究所
噬菌体在调节肠道人类微生物群组成、动力学和体内平衡方面具有重要作用，可以对其细菌宿主进行表征以了解它们的影响。该研究对10个健康人类肠道样本应用宏基因组Hi-C方法，通过捕获和量化噬菌体在其细菌宿主内复制过程中的DNA-DNA碰撞，揭示了一个大型相互作用网络。
研究思路
该研究得到的高质量Meta Hi-C数据中，组装得到近150万个contig，经过分箱和评估，得到了304个高质量和411个中级质量的MAG，分析注释得到的噬菌体contig，了解到大多数噬菌体是特异性的且仅感染一种细菌。并且有6000个以上的相互作用将MAG和噬菌体序列连接了起来，从而可以研究原位噬菌体-宿主比率，进而得知有关噬菌体新陈代谢的见解。尽管这些噬菌体序列中有四分之三似乎是休眠的溶原性噬菌体，但相当大比例（~5%）的噬菌体群体的测序read覆盖率高于其特定的宿主的，这表明这些噬菌体正在积极的分裂。
另外，CrAss样噬菌体代表了广泛存在于人类肠道中的一大类噬菌体，crAss样噬菌体的宿主多样性在此之前都相对难以捉摸。该研究检测到17个crAss样噬菌体家族成员的序列，对于它们中的每一个，该研究都确定了一个独特的细菌宿主，并且都属于拟杆菌属。因此，Meta Hi-C以高特异性破译了微生物种群的相互作用网络，为复杂生态系统中移动遗传元件的动态分析铺平了道路。通过这种方法在单个样本中确定噬菌体的宿主靶标，这项研究可以产生实际效果，特别是对于粪便微生物群移植。
CrAss样噬菌体及其相关宿主
Meta HiC解析复杂的微生物群落中谱系分辨率且完整的MAG
题目：Generating lineage-resolved, complete metagenome-assembled genomes from complex microbial communities
期刊：Nature Biotechnology
研究对象：绵羊肠道微生物
发表时间：2022年1月
研究方法：Meta Hi-C，二代WGS，三代HiFi
研究团队：加州大学旧金山分校等
从宏基因组测序中解析出微生物基因组一直是一个重要但难以实现的目标。该研究通过结合HiFi测序、Hi-C binning和分型版计算工具来解析基因组，从一份绵羊粪便样本中测序出数百个遗传解析的基因组。同步发表在Mircobial Genomics的文章评论道：该研究提出了一种将宏基因组学领域引向探索塑造微生物群落的生态进化潜能的方法。
研究人员利用现有方法对成年绵羊的粪便宏基因组进行测序，得到短序列和HiFi数据量分别是154G和255G。该研究利用HiFi数据组装得到428个完整度超过90%的MAG，其中有44个单个成环的MAG。为了分析密切相关的菌株(谱系)，该研究基于转录亚型分析的定相方法开发得到MAGPhase计算工具，可以在基因组序列的成百上千个碱基中区分不同的单倍型来分离相关生物体的谱系。基于MAGPhase，该研究共计识别了220个谱系分辨率的MAG，并且绘制测序深度的覆盖度和进一步核实组装结果，以说明单个谱系的准确性。
这种解析复杂微生物群落中密切相关微生物的能力提高了生物合成基因簇的识别以及将移动遗传元件及其宿主基因组进行关联的精确度。在该研究中，研究人员确定了1400个完整的和350个部分完整的生物合成基因簇，其中大部分是新发现的。最后，研究人员使用107M的Meta Hi-C read和部分长读长数据，基于细菌-宿主相互作用的分析流程将病毒或质粒的contig进行评估，确认了424（298）个存在潜在关联的宿主-病毒（宿主-质粒）。
潜在关联的宿主-病毒
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参考文献：
[1] Marbouty M, Thierry A, Millot G A, et al. MetaHiC phage-bacteria infection network reveals active cycling phages of the healthy human gut[J]. Elife, 2021, 10: e60608.
[2] Bickhart D M, Kolmogorov M, Tseng E, et al. Generating lineage-resolved, complete metagenome-assembled genomes from complex microbial communities[J]. Nature Biotechnology, 2022: 1-9.
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