宏基因组分析的黄金搭档：通用工具链与高性能服务器

学习技能（点击标题跳转）

01

天意云生信专用服务器（Rstudio仅需99元/月）

02

单细胞转录组测序分析

03

三代全长转录组测序分析

04

空间转录组分析

05

生信自学攻略

06

NCS顶刊文章复现

07

AI辅助生信分析

从原始序列到功能图谱，以下是宏基因组分析链中涉及的各个工具和数据库的详细介绍。每个工具都有其独特的功能和应用场景，帮助完成从数据质量控制、分类分析、功能注释到最终的可视化报告的各个分析步骤。

1. 质量控制 (FastQC)

• 工具: FastQC v0.12.1
• 功能特点: FastQC 是一个广泛使用的高通量测序数据质量控制工具。它能够提供 HTML 格式的交互式报告，帮助用户快速评估原始测序数据的质量。通过对测序数据的各种质量指标（如序列的 GC 含量、序列长度分布、质量分数分布等）进行分析，FastQC 能有效地发现数据中的潜在问题（如低质量序列、污染或偏好性偏倚）。
• 用法: FastQC 支持多种测序数据格式（如 FASTQ 文件）。用户可以通过命令行操作来启动质量控制，生成报告。例如，运行命令：fastqc sample_data.fastq生成的 HTML 文件可以通过浏览器查看。

2. 快速分类 (Kraken2)

• 工具: Kraken2 v2.1.3
• 功能特点: Kraken2 是一种基于序列比对的快速分类工具，特别适用于微生物群落分析。它利用了高效的 k-mer 计数算法，能够在秒级时间内对测序数据进行物种分类。该工具支持大规模数据库，可以快速且准确地完成物种鉴定。Kraken2 适用于多种类型的序列数据，包括肠道微生物、环境微生物等。
• 成功率: 根据测试数据，Kraken2 在真实数据中表现出 14.28% 的成功率，意味着它在大部分情况下能够准确地将样本分类到物种水平。
• 用法: 使用 Kraken2 时，用户需要先准备一个参考数据库，并在命令行中使用如下命令进行分类分析：

kraken2 --db /path/to/db --output result.txt sample_data.fastq

3. 精确分析 (MetaPhlAn)

• 工具: MetaPhlAn v4.0.6
• 功能特点: MetaPhlAn 是专门用于微生物物种定量分析的工具。它通过独特的物种标志基因来进行精准的分类，支持在物种水平进行定量分析。MetaPhlAn 能够生成关于样本中各类微生物组成的详细报告，广泛应用于肠道微生物、环境样本等分析。
• 用法: MetaPhlAn 可以直接用于高通量测序数据的物种级别分析，通过以下命令进行操作：

metaphlan sample_data.fastq --output_file result.txt

4. 功能注释 (HUMAnN)

• 工具: HUMAnN v3.9
• 功能特点: HUMAnN（The HMP Unified Metabolic Analysis Network）是一款强大的代谢通路分析工具，它能够对微生物基因组进行深入的功能注释，识别其代谢通路和基因功能。它结合了多种数据库和算法，提供详细的代谢路径、基因功能、反应等信息。HUMAnN 在微生物组功能注释方面尤其强大，广泛应用于代谢组学和功能基因组学研究。
• 用法: 运行 HUMAnN 时，用户可以通过以下命令进行分析：

humann3 --input sample_data.fastq --output result_folder

5. 数据处理 (SAMtools)

• 工具: SAMtools v1.18
• 功能特点: SAMtools 是一款功能强大的工具，用于处理高通量测序数据中的 SAM/BAM 文件。它可以执行各种数据处理任务，包括排序、过滤、合并和索引等。SAMtools 被广泛应用于基因组学、转录组学和其他高通量测序数据分析领域。
• 用法: 例如，用户可以使用 SAMtools 对 BAM 文件进行排序：

samtools sort sample.bam -o sorted_sample.bam

6. 序列比对 (Bowtie2)

• 工具: Bowtie2 v2.4.5
• 功能特点:Bowtie2 是一种高效的序列比对工具，专门用于将短读段比对到参考基因组。它能够快速处理大规模数据，并适用于多种比对任务，如基因组组装、转录组分析等。Bowtie2 对高通量测序数据具有极高的处理速度，且支持多线程运算，提高了大规模数据分析的效率。
• 用法:使用 Bowtie2 进行序列比对时，用户可以使用如下命令：

bowtie2 -x reference_genome -U sample_data.fastq -S output.sam

数据库资源概述

1. MetaPhlAn 数据库

• 大小: 34GB
• 版本/特点: 包含 CHOCOPhlAn + SGB v202503
• 覆盖范围: 包含全球范围内的微生物基因组，适用于微生物分类学分析。此数据库为 MetaPhlAn 提供支持，使其能够识别各种微生物物种。

2. HUMAnN 数据库

• 大小: 50GB
• 版本/特点: 包含 ChocoPhlAn + UniRef90
• 覆盖范围: 该数据库提供了代谢通路和基因功能注释数据，支持微生物组的功能分析。UniRef90 数据库提供了高质量的蛋白质注释。

3. Kraken2 数据库

• 大小: 7.5GB
• 版本/特点: 包含 31,212 分类节点
• 覆盖范围: Kraken2 数据库包含广泛的物种信息，帮助快速准确地进行微生物群落的分类分析。

4. eggNOG 数据库

• 大小: 48GB
• 版本/特点: 最新功能数据库
• 覆盖范围: eggNOG 提供了全面的蛋白质功能注释，广泛应用于基因功能分析，特别是在功能基因组学研究中。

总结

工欲善其事，必先利其器。我们刚刚详细介绍了从FastQC到HUMAnN这一整套强大而严谨的分析流程。然而，正如您所见，这条分析链的背后是对计算资源的巨大考验：Kraken2和HUMAnN需要加载动辄数十GB的庞大数据库，对内存容量提出严苛要求；Bowtie2和MetaPhlAn在处理海量数据时，则持续占用着大量的CPU核心。

我们深知，科研的宝贵时间不应浪费在环境配置的反复试错与计算任务的漫长等待上。为此，我们推出的高性能计算服务器，正是为解决这些痛点而生。我们不仅为您准备了拥有大内存、多核心的强劲硬件，更将上述所有分析工具及所需数据库进行了预装和深度优化，为您打造一个“开箱即用”的宏基因组分析平台。让您告别繁琐配置，专注数据，加速您的科研进程。

1 天意云服务器产品

天意云服务器产品类型包括集成分析环境、共享服务器、独享服务器三种。服务器配置科学划分，按需部署。考虑到项目需求较小、周期较短的用户，我们基于共享服务器搭建了集成分析环境，通过浏览器即可登录使用Rstudio和Jupyter。服务器产品都提前预装了常用的软件、R包、Python库，无论你是做宏基因、宏病毒还是做单细胞组学、空间转录组，都有适配的软件供你使用，帮你节省很多安装软件的时间。最重要的，选择我们的服务器就相当于选择了一个专业的辅助团队，在你使用服务器期间，我们技术人员免费提供技术支持服务。