凌波微课|扩增子研究第十六讲：扩增子测序结果中的物种功能预测

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扩增子测序结果中的物种功能预测 

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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：

扩增子测序中的物种功能预测

这是本系列的最后一讲了，主要给大家介绍一下目前常用的几种功能预测的方法和各自的特色。

在这里还是要强调一下，扩增子的功能预测与宏基因组研究通过实测获得功能信息不同，基于扩增子测序进行功能预测的主要原理是将测序、归类后得到的OTU信息输入到预测软件中，预测软件将OTU序列信息与已测序的微生物基因组数据库中物种进行比对，将OTU注释为对应物种，并根据OTU及其丰度输出功能类型以及对应功能丰度。这种通过比对确定功能及丰度的方法，在准确性上有一定的欠缺，而且现在杂志的编辑和审稿人对于这个结果也持怀疑态度，一般仅用来指导后续研究，例如用于后续宏基因组的样本选择还比较好用，但是如果没有后续分析，在文章中最好不要直接根据预测的结果下结论。

PICRUSt物种功能预测

接下来进入正题，首先是最常见的PICRUSt（https://github.com/picrust/），这个工具是基于KEGG数据库对微生物群落进行预测，得到的结果是不同KEGG层级水平内功能基因的相对丰度，一般会以条形图和小提琴图来展示。

之前这个工具的第一代必须要基于Greengene数据库的OTU注释结果，但是Greengene已经好久不更新了，大部分的数据都不会采用这个数据库做注释，所以之前在使用PICRUSt的时候还需要单独再用Greengene做一遍注释，相对也比较麻烦。

好在目前已经更新了二代版本PICRUSt2，升级后的软件不再依赖Greengene进行预测，而是将待预测的OTU代表序列置于软件中已有的系统发育树中进行物种注释，使用IMG微生物基因组数据进行功能信息的输出。

Tax4Fun物种功能预测

接下来介绍一个与PICRUSt类似的软件——Tax4Fun（http://tax4fun.gobics.de/）。与PICRUSt不同，Tax4Fun是基于SILVA数据库来预测的，通过SLIVA数据库对OTU进行分类，构建SLIVA分类与KEGG数据库中原核分类间的线性关系，实现微生物群落功能的预测。下图是不同类型样本下的Tax4Fun与PICRUSt结果比较，Tax4Fun的准确性会比PICRUSt高一些。

FAPROTAX物种功能预测

FAPROTAX（http://www.loucalab.com/archive/FAPROTAX/）是一个相对较新的软件，基于目前可培养菌的文献资料手动整理成的数据库。适用于对环境样本（海洋湖泊等）的生物地球化学循环过程的相关功能进行预测，比如C、N、S等物质的代谢过程。这项分析不但会给出每个功能的相对丰度，还会给出注释到该功能的OTU都有哪些，能够为后续的进一步研究提供一些指导。

生物地球化学循环目前也是比较火的，而且宏基因组技术分析生物地球化学循环的方法还不是非常成熟，那么FAPROTAX预测就显得性价比非常高了，这部分结果也是可以放在文章中的，一般审稿人也不会提出太多质疑。但FAPROTAX相比PICRUSt和Tax4Fun来说覆盖度可能会低一些。

微生物表型特征预测

下面介绍的两个软件与前面介绍的功能预测工具不同，这两个软件预测的不是微生物具有什么生物学功能，而是预测微生物的表型特征，比如革兰氏染色、生长的温度范围、对氧的需求、致病可能性等等。

METAGENassist（http://www.metagenassist.ca/METAGENassist/faces/Home.jsp）：根据16S rRNA的OTU分类学注释表，计算出样品中不同氧需求、温度范围、能量来源、新陈代谢、环境来源和宿主的微生物比例。

BugBase（https://bugbase.cs.umn.edu/）：基于16S OTU表预测细菌表型数据库，同时可进行组间差异分析。对革兰氏染色、生物膜形成、致病可能性、可移动单元含量、氧利用性和氧化压力耐受性微生物比例的分析。

真菌功能预测数据库FUNGuild

以上介绍的都是针对细菌的功能预测方式，最后再来介绍一个真菌功能预测数据库FUNGuild（http://www.funguild.org/），能够根据营养方式将真菌分为三个大类：第一类Pathotroph，病理寄生，从宿主细胞中接受养分，并对宿主细胞有不利的影响，损人利己型，比如寄生在活体上的真菌；第二类Saprotroph，腐生，生活环境为枯枝落叶或者有机质含量丰富的土壤，典型的是蘑菇类真菌；第三类Symbiotroph，共生型，和宿主交换养分，比如地衣。

这三大类又进一步细分为12个小类，最后通过生物信息学脚本将物种分类与功能分类联系起来，也算是真菌扩增子研究迈出的重要一步吧。

上面介绍的FAPROTAX、PICRUSt2和Tax4Fun，在凌波微课云平台（http://www.biomicroclass.com/）都有相应的小工具可以使用，完全不需要编写脚本，只需要输入对应的文件就可以分析。

感兴趣的老师可以点击“阅读原文”了解哦~

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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