宏基因组组装基因组 (MAG)

MAG = Metagenome-Assembled Genome，从宏基因组数据中通过组装和分箱获得的微生物基因组。

为什么 MAG 重要？

传统微生物学只能研究约 1% 可培养的微生物。MAG 技术使我们能够：

• 直接从环境样本获取未培养微生物的基因组
• 发现新的物种、门和代谢途径
• 构建更完整的微生物基因组目录

MAG 构建流程

原始读段 → 质量控制 → 组装 → 分箱 → 质量评估 → 分类注释
              ↓         ↓       ↓        ↓          ↓
           fastp    MEGAHIT  MetaBAT2  CheckM2   GTDB-Tk
                  metaSPAdes MaxBin2
                    Flye    CONCOCT

关键步骤

步骤	工具	说明
组装	MEGAHIT, metaSPAdes, Flye	将短/长读段组装成 contigs
分箱	MetaBAT 2, MaxBin 2, CONCOCT	将 contigs 分组为单个基因组
优化	DAS Tool	整合多个分箱工具的结果
评估	CheckM2, CheckM	评估完整性和污染度
分类	GTDB-Tk	基于 GTDB 分类框架注释

质量标准 (MIMAG 标准)

基于 Bowers et al., 2017 的最低信息标准：

质量等级	完整性	污染度
高质量 (HQ)	≥ 90%	≤ 5%
中质量 (MQ)	≥ 50%	≤ 10%

💡 高质量 MAG 还要求：含有 23S、16S、5S rRNA 基因和 ≥18 个 tRNA 基因。

MAG 数据库

数据库	规模	说明
GTDB	400,000+ 物种	基因组分类数据库，标准化分类框架
UHGG	200,000+ 基因组	人类肠道微生物基因组
HRGM2	155,000+ 基因组	跨 41 国的人类肠道 MAG 目录 (2025)
gcMeta	持续更新	全球 MAG 资源库 (2025 NAR)

最新进展 (2025-2026)

• 长读长 MAG: PacBio HiFi + nanoMDBG 可获得数百个环化完整基因组 (Nature Methods, 2024)
• LorBin: 专为长读长设计的分箱工具 (Nature Communications, 2025)
• 分箱工具 Benchmark: 13 种工具在短读长/长读长/混合数据上的比较 (Nature Communications, 2025)

相关概念

• 宏基因组测序
• GTDB 分类学
• CheckM2
• MetaBAT 2
• DAS Tool

参考文献

1. Bowers et al. (2017) Minimum information about a single amplified genome (MISAG) and a metagenome-assembled genome (MIMAG). Nature Biotechnology. DOI: 10.1038/nbt.3893
2. Parks et al. (2020) A standardized bacterial taxonomy based on genome phylogeny substantially revises the tree of life. Nature Biotechnology. DOI: 10.1038/nbt.4229
3. Chen et al. (2025) Metagenome-Assembled Genomes (MAGs): Advances, Challenges, and Opportunities. Microorganisms. DOI: 10.3390/microorganisms13050985

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最后更新: 2026-03-30