【小白学生信】专属环化材的入门级教程之α多样性指数分析

微生物多样性分析中主要包括五个部分：

①Alpha多样性分析

②Beta多样性分析

③物种组成分析

④进化关系分析

⑤差异分析

其中Alpha多样性分析是生态学中生物多样性的一个重要的组成部分，也是比较基础的一部分。

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。群落丰富度(Community richness)的指数主要包括Chao1指数和ACE指数。群落多样性(Community diversity)的指数，包括Shannon指数和Simpson指数。另外，还有测序深度指数Observed spieces 代表OTUs的直观数量统计, Good’s coverage 指计算加入丰度为1 的OTUs数目，加入低丰度影响。

相关稀疏曲线

采用随机抽样的方法，从样本中随机抽取一定数量的个体，统计出这些个体所代表物种数目，并以个体数与物种数来构建曲线，即稀疏性曲线（rarefaction curve，也叫稀释曲线）。它可以用来比较测序数量不同的样本物种的丰富度。

测序之后先要评估测序数据的深度有没有达到，也就是说看看有没有完全把样品中的微生物都测到，其中goods’_coverage曲线（如下图）就可以用来很好的反映测序结果是否满足后续分析要求。Coverage是指各样品（克隆）文库的覆盖率，其数值越高，则样品中序列被测出的概率越高，而没有被测出的概率越低。该曲线图中每一条不同颜色的线条表示不同的样品，当曲线开始放缓并达到近似平台期时说明测序已基本覆盖所有物种，即使再增加测序量也不会有明显的物种被检测到。

goods’_coverage曲线

与之相似的还有物种累积曲线（species accumulation curves，Specaccum），它是用于描述随着样品数量的加大而物种增加的状况，是调查样品的物种组成和预测样品中物种丰度的有效工具，被广泛用于样品量是否充分的判断以及物种丰富度( species richness) 的估计。因此，通过物种累积曲线不仅可以判断样品量是否充分，在样品量充分的前提下，运用物种累积曲线还可以对物种丰富度进行预测（默认在样品量大于10个分析）。

物种累积曲线

此外，Rank-abundance曲线是分析多样性的一种方式。构建方法是统计单一样品中，每一个OTU所含的序列数，将OTUs按丰度（所含有的序列条数）由大到小等级排序，再以OTU等级为横坐标，以每个OTU中所含的序列数（也可用OTU中序列数的相对百分含量）为纵坐标做图。Rank-abundance曲线可用来解释多样性的两个方面，即物种丰度和物种均匀度。在水平方向，物种的丰度由曲线的宽度来反映，物种的丰度越高，曲线在横轴上的范围越大；曲线的形状（平滑程度）反映了样品中物种的均度，曲线越平缓，物种分布越均匀。

Rank-abundance曲线

其他相关稀释曲线是根据α多样性指数所绘制的，比如Shannon曲线（是利用Shannon指数来进行绘制的，反映样品中微生物多样性，如下图）等。曲线可以用来反映不同样品中的物种多样性高低和均匀度。

Shannon曲线

Alpha多样性各指数的意义

Chao1指数是用chao1算法估计群落中含OTU 数目的指数， Chao1指数越大，表明群落的丰富度越高。ACE指数是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。ACE指数越大，表明群落的丰富度越高。Shannon指数则综合考虑了群落的丰富度和均匀度。Shannon指数值越高，表明群落的多样性越高。

Simpson指数也是用来估算样品中微生物的多样性指数之一，Simpson 指数值越大，说明群落多样性越高。

其他的还有Observed species指数（OTUs）以及PD whole tree等。其中Shannon指数、Simpson指数以及PD whole tree反映群落的多样性，受样品群落中物种丰富度和物种均匀度的影响。一般可以用箱线图来比较各组相关指数的大小。

下面做一个各个指数的总结

END

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