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微生物多样性“全新”升级——“ASV”质的飞跃

2023-05-23

中科新生命

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近年来，微生物群落的组成和多样性研究逐渐成为农业及医学科研热点，越来越多的研究开始致力将微生物多样性作为基础研究。因此，微生物多样性的数据分析也被越来越多的研究者所关注和学习。为助力广大微生物领域的科研工作者，中科新生命《微生物多样性v2.0》全新起航，接下来，让我们一睹新流程的独特风采吧。

QIIME2替代QIIME1

特征提取更新换代

“ASV”对“OTU”的替代。OTU是以序列之间的相似度为阈值（一般选择97%）划分为操作分类单元。一段时间内被认为是扩增子测序聚类方法的“金标准”。

DADA2于2016年发表在Nature methods，发表之初即为通过降噪得到不含扩增与测序错误，不含嵌合体的生物学序列，其聚类相当于100%相似度进行聚类。

QIIME2的可重复分析且可扩展插件的理念成为扩增子分析首选平台。

基于机器学习的物种注释方法。QIIME2中使用Naive Bayes分类的classify-sklearn算法，可以最大程度上确保注释结果的可靠、准确。在分类器的运行性能方面，随着目标序列数的增加，注释分析的运算时间优于Vsearch、BLAST等方法；且当参考序列数据库增大时，注释分析的运算时间又优于RDP、SortMeRnA等方法。

Database升级

提高样本的物种注释率

16S/18S数据库：silva138（https://www.arb-silva.de/）。silva数据主要来源于EMBL-EBI/ENA，命名源自于EMBL的公布编号（release number）。silva每年根据EMBL数据库的更新频率进行更新。silva数据库收录全面、更新比较及时，是目前高通量测序常用的16S分析参考数据库之一。

ITS数据库：UNITE（https://unite.ut.ee）。Unite是目前真菌ITS整理最全面的数据库。它的目标是形成正式的真菌条形码-核糖体内部转录间隔区（ITS）区域-并提供所有～1,000,000公共真菌ITS参考序列。

PICRUSt2进行功能注释

16s/18s功能预测新利器

PICRUSt2（Phylogenetic Investigation of Communities by Reconstruction of Unobserved States）是基于群落标记基因序列丰度预测菌群功能丰度的软件，诸如KEGG同源基因，COG同源蛋白簇。相对PICRUSt1，PICRUSt2进行了以下提升：

参考基因组数据库比初代扩大了近10倍，使功能预测信息更加全面，较大提高了预测精度。

数据库规模

贴近实际环境的预测设置。

PICRUSt2通过将OTU/ASV序列输入至16S参考序列进化树中进行基因家族拷贝数预测，而参考序列进化树可根据不同样本类型（如肠道微生物、土壤微生物等）自定义特定环境的参考数据库。

使用Castor隐藏状态预测算法，同时使用MinPath推断代谢通路，使得预测更严谨。

PICRUSt2功能预测模块，包括MetaCyc（https://metacyc.org/）、KEGG（https://www.kegg.jp/）、COG （https://www.ncbi.nlm.nih.gov/COG/）、Pfam（http://pfam.xfam.org/）和TIGRFAM （http://tigrfams.jcvi.org/cgi-bin/index.cgi）。