微生物组数据分析方法与应用

刘永鑫,秦媛,郭晓璇,白洋

Methods and applications for microbiome data analysis

Liu Yongxin,Qin Yuan,Guo Xiaoxuan,Bai Yang

表1 扩增子分析常用软件和数据库

Table 1 Software and databases for amplicon analysis

名称 链接 简介 参考文献 QIIME http://qiime.org/ 扩增子分析流程,功能最全、体积大、扩展性强、依赖关系多、仅限Linux或Mac系统 [19] QIIME 2 https://qiime2.org/ https://github.com/YongxinLiu/ QIIME2ChineseManual 新一代扩增子分析流程,分析过程封装为压缩格式,支持分析过程全记录的可重现分析,开发并整合许多新算法处理大数据更快,可扩展性强和中文帮助文档 [20] USEARCH http://www.drive5.com/usearch/ 比对工具,现发展为拥有200多个命令的扩增子分析流程,体积小巧、跨平台、计算速度快,但64位版收费,提供中文帮助文档(https://github.com/YongxinLiu/UsearchChineseManual) [25] mothur https://www.mothur.org/ 最早的扩增子分析流程,体积小巧、跨平台 [16] VSEARCH https://github.com/torognes/vsearch 扩增子分析流程,实现了USEARCH大部分的功能,喜欢USEARCH分析流程风格的替代软件,支持在QIIME 2中使用 [25] Qiita https://qiita.ucsd.edu/ 在线扩增子分析平台,可存储数据 [35] MGnify https://www.ebi.ac.uk/metagenomics/ 在线扩增子和宏基因组分析平台,可存储数据 [36] gcMeta https://gcmeta.wdcm.org/ 中国科学院微生物所开发的在线扩增子和宏基因组分析平台 [37] Greengenes https://greengenes.secondgenome.com/ 16S rRNA基因数据库,QIIME推荐数据库,但13年发表后无更新,功能注释软件PICRUSt和BugBase依赖此数据库 [38] SILVA https://www.arb-silva.de/ rRNA基因数据库,包括真核、细菌和古菌三域的大小亚基序列,更新快、序列全,适用于物种分类和嵌合体检测 [39] RDP https://rdp.cme.msu.edu/ 核糖体16S/28S数据库,适合物种注释,同时有在线分析流程 [40] UNITE https://unite.ut.ee/ 真核生物ITS数据库,常用于真菌ITS扩增子测序分析中嵌合体检测和物种分类 [41] vegan https://cran.r-project.org/package=vegan 微生物生态学领域的排序方法、多样性分析和可视化的R包,更有可视化增加的ggvegan版本https://github.com/gavinsimpson/ggvegan [31] phyloseq https://joey711.github.io/phyloseq 扩增子分析R包,提供多样性分析、差异比较和进化树的可视化功能,同时提供网页版shiny-phyloseq [32,34] microbiome http://bioconductor.org/packages/ microbiome/ 扩增子分析辅助R包,提供核心OTU/ASV计算、相关分析等函数 [33] PICRUSt https://github.com/picrust/picrust 基于Greengenes 16S rRNA基因预测宏基因组基因功能信息。现发布第2版实现对任意16S序列功能预测且数据库增大10倍 [42] Tax4Fun http://tax4fun.gobics.de/ 基于SILVA 16S OTU表预测功能组成,第2版更新数据库和方法(https://sourceforge.net/projects/tax4fun2/) [43] FAPROTAX http://www.loucalab.com/archive/ FAPROTAX/ 原核分类学功能注释,获得元素循环相关文献挖掘的物种功能注释,适合于农业、环境相关研究菌种功能描述 [44] BugBase https://bugbase.cs.umn.edu/ 物种水平微生物表型预测,如革兰氏阳/阴性、厌氧/需氧等 [45] FUNGuild http://www.stbates.org/guilds/app.php 真菌的物种功能分类注释 [46]