凌波微课|扩增子研究第十一讲：扩增子测序中的alpha多样性分析

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扩增子测序--Alpha多样性分析 

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我是主讲人Bonnie，今天我们给大家分享的内容来自公众号“红皇后学术”，主题为：

扩增子测序中的alpha多样性分析

在前两讲中，我们已经介绍了测序基本统计结果和物种组成相应的分析结果，这一节主要介绍alpha多样性分析部分的结果。

Alpha多样性是指一个特定区域或生态系统内的多样性，是反映丰富度和均匀度的综合指标。Alpha多样性主要与两个因素有关：一是种类数目，即丰富度；二是多样性，群落中个体分配上的均匀性。

在扩增子结题报告中，alpha多样性分析部分主要包括一系列alpha多样性指数、稀释性曲线、shannon_wiener曲线、Rankabundance曲线和物种累积曲线。

alpha多样性指数可以大体上分为丰富度指数、多样性指数、覆盖度指数等等。

丰富度指数

是对群落中存在物种数目的一种估计，可以简单的理解为样本中存在多少种细菌，在分析结果中常见的Chao1、ACE指数均属于丰富度指数。

Chao指数
是用chao1算法估计群落中含OTU数目的指数，chao1在生态学中常用来估计物种总数，由Chao最早提出。
Ace指数
用来估计群落中含有OTU数目的指数，是生态学中估计物种总数的常用指数之一，与Chao1的算法不同。

• Chao和Ace越大，说明群落中含有的OTU数目越多，群落的丰富度越大。

多样性指数

相比于丰富度指数在计算的过程中引入了物种的丰度信息，样本中物种的数目越多、所有物种的丰度越接近一致，群落的多样性就越高。分析结果中常见的Shannon和Simpson指数均为多样性指数。

Simpson指数

是生态学中常用的一个指数，它反映的是优势种在群落中的地位和作用，若一个群落中优势种占的多，其他非优势物种所占的比例则会减少，那么Simpson指数值较大，这说明群落多样性较低，该指数与其他多样性指数均呈负相关。

Shannon指数

用来估算样品中微生物的多样性指数之一。它与Simpson多样性指数均为常用的alpha多样性的指数。Shannon值越大，说明群落多样性越高。

覆盖度指数

Coverage：是指各样品文库的覆盖率，其数值越高，样本中序列没有被测出的概率越低。指数反映了测序结果是否代表样本的真实情况。

对于这一部分的结果也比较好解释，比如说经过某种处理的样本的丰富度指数高于未经处理的样本，我们就可以推测说在处理的过程中可能引入了一些外源的细菌，如果处理样本的丰富度指数低于未处理样本，我们就可以说处理的过程可能对细菌群落有一定的选择性，一部分细菌不适应处理的条件而消失。多样性指数也是一样，一般情况下经过处理后的细菌群落多样性都会降低，其实就是代表处理的过程使得一部分细菌被选择性的富集。

由于Chao1和ACE均为丰富度指数，Shannon和Simpson均为多样性指数，一般来说这些指数的结果应当是一致的，这种时候我们在文章中只给出其中之一的结果就可以了，比如说只给出Chao1和Shannon的结果。

但是在不同样本间比较的过程中，单纯的比较数值的大小是不科学的，必须要有差异显著性检验的结果作为基础，有时候会出现同为丰富度或多样性指数，组间差异检验结果却不一致的情况，这时就需要视情况而定，如果显著差异这一结果不是非常重要，可以直接在文中表述为差异不明显。关于差异检验部分的内容会在后续课程中为大家详述。

我们在第九讲（凌波微课|扩增子研究第九讲：扩增子测序结果中的基本信息统计）中介绍了可以用稀释性曲线和shannon_wiener曲线用来判断数据量是否充足。除此之外，稀释性曲线还可以用来判断物种丰富度，一般情况下位于上方的样本物种的丰富度要高于位于下方的样本；shannon_wiener曲线是利用各样品的测序量在不同测序深度时的微生物多样性指数构建的，用于反映各样本在不同测序数量时的微生物多样性。

除稀释性曲线以外，Rank-Abundance曲线和物种累积曲线都能够反映物种丰富度，Rank-Abundance曲线从两个方面反应微生物群落，横轴的范围表示丰富度，样本曲线在横轴的范围越大，样本群落的丰富度越高。曲线的平滑程度反应了样本群落的均一性，曲线越平滑，样本中不同物种丰度的分布越均匀。例如下面这张图就表明两组样本差异非常大，不过这个图很少出现在文章中。

物种累积曲线是用于描述随着样本量的加大物种增加的状况，是调查样本的物种组成和预测样本中物种丰度的有效工具。结果反映了持续抽样下新的OTU（新物种）出现的速率，在生物多样性和群落调查中，被广泛用于判断样本量是否充分以及估计物种丰富度：在一定范围内，随着样本量的加大，若曲线表现为急剧上升则表示群落中有大量物种被发现，有必要增加抽样量（增加研究的样本量）；当曲线趋于平缓，则表示环境中的物种并不会随样本数的增加而显著增多，提示研究的样本量已足够。不过，开展物种累计曲线分析，尤其是关注物种丰富度的估计方面，需要建立在同类型样本，且样本量大于10个的基础上。

今天的分享就介绍到这里~感谢来自“红皇后学术”的内容分享。玩转科研就来凌波微课，我们下期见！

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