一般包括从环境样品中提取基因组DNA,进行高通量测序分析，或克隆DNA到合适的载体，导入宿主菌体，筛选目的转化子等工作！特定生物种基因组研究使人们的认识单元实现了从单一基因到基因集合的转变，宏基因组研究将使人们摆脱物种界限，揭示更高更复杂层次上的生命运动规律.在目前的基因结构功能认识和基因操作技术背景下，细菌宏基因组成为研究和开发的主要对象。细菌宏基因组、细菌人工染色体文库筛选和基因系统学分析使研究者能更有效地开发细菌基因资源，更深入地洞察细菌多样性！
宏基因组(Metagenome)（也称微生物环境基因组MicrobialEnvironmentalGenome,或元基因组）是由Handelsman等1998年提出的新名词，其定义为“thegenomesofthetotalmicrobiotafoundinnature”,即环境中全部微小生物遗传物质的总和！它包含了可培养的和未可培养的微生物的基因，目前主要指环境样品中的细菌和真菌的基因组总和！宏基因组学(或元基因组学，metagenomics)是一种以环境样品中的微生物群体基因组为研究对象，以功能基因筛选和/或测序分析为研究手段，以微生物多样性、种群结构、进化关系、功能活性、相互协作关系及与环境之间的关系为研究目的的新的微生物研究方法。
2003年Breitbart等第一次通过构建宏基因组文库对人体排泄物中的未培养病毒多样性进行研究,经过扩增及鸟枪测序鉴定,结果表明获得的病毒大约有1200种基因型,其基因序列与先前报道的病毒序列具有很大的差异性,多为新的基因型病毒,并揭示存在人体中的新病毒与人类疾病可能具有一定的相互性。2005年Cann等通过构建宏基因组文库对马排泄物中的未培养病毒多样性进行研究,经过测序鉴定,获得233种不同基因型的病毒,其中52%为长尾噬菌体科,26%为未分类的噬菌体,17%为肌病毒科，4%为短尾病毒科，2%为脊椎动物正痘病毒。
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宏基因组学在环境保护和污染修复上的应用挖掘降解基因和功能菌株，进行生物修复获取任何序列的基因或功能，由此合成新物质或发现新的生物物种.发掘极端环境为生物的新物种，了解其耐受机制，帮助极端环境的污染修复！从宏基因组中分离的重要基因元件组编成具有其他活性成分、或可降解污染物功能的基因簇，以替代原有不易降解化合物，或直接降解环境中石油烃、有害有害化合物、重金属！可以有效地从环境中分离新的基因、化合物和生物催化剂；所构建的工程菌可用于处理各种复杂污染物，是非常有前景的降解酶系基因筛选方法；所获取的多样性信息可以在废水处理的各种反应器系统、污染物降解过程中微生物的作用和调控、营养物循环和富营养作用的微生物生态、微生物对环境和气候的监测等研究中发挥作用；分析微生物种群多样性，检测评价环境健康。
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Fierer等通过构建牧场、沙漠、雨林土壤宏基因组文库对环境中细菌、古生菌、真菌及病毒多样性进行了研究,并揭示了土壤环境中包含着大量不可培养的新病毒种类,其基因型特征与常规培养获得的病毒具有很大的差异性。Kim等通过构建稻田土壤宏基因组文库,利用多重置换扩增(MDA)技术对土壤样品中病毒基因多样性进行了研究,结果表明扩增得到的病毒基因序列与目前报道的病毒序列具有很大的差异性,进一步说明了土壤环境中包含着大量不可培养的病毒种类。
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宏基因组学在微生态学上的应用Zhang等构建红树林淤泥宏基因组文库,通过PCR扩增及变性梯度凝胶电泳(DGGE)对该区域固氮菌的多样性进行分析,结果揭示红树林地区固氮菌的生物多样性特征,其结果表明多数为变形菌,也含少数的固氮菌属、除硫单胞菌属、德克斯氏菌属和根瘤菌等.张薇等采用宏基因组技术对西北黄土高原柠条种植区土壤微生物多样性进行分析,发现变形杆菌纲是根表土壤区系中的有优势微生物菌群(70!3%),尤其存在大量能够诱导植物形成根瘤的根瘤菌和对植物有促生长作用的γ-Proteobacteria类微生物,说明了植物根系和土壤环境微生物菌群具有相互选择性!
宏基因组学在海洋微生物资源开发上的应用宏基因组工程与海洋生物学进行有机的结合，促使人类了解许多为培养海洋微生物的基因组序列及其功能产物，在海洋天然药物研究、海洋极端环境微生物研究、海洋微生物多样性探索中具有十分重要的应用前景。Martín等构建地中海深层水体微生物宏基因组文库,通过序列分析和16SrRNA系统发育比对,发现该水体的微生物种群与太平洋阿罗哈水域中层水体的微生物种群具有一定的相似性,并提出在无光的条件下,温度是影响微生物种群在水体中分布的主要因素！
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