作者:張美虹/有勁生物科技

 

對微生物群落的觀察研究來說,群落物種豐富度(Species richness) 的測量可說是最簡單直觀的方式。此處要介紹如何進行16S總基因體的物種豐富度分析。

 

研究人員在進行16S序列相似性分類之後,先將得到的各個操作分類單元OTU (Operational taxonomic unit) 當作與資料庫可對應符合的菌種層級以上的分類物種;接著以分析軟體QIIME (Quantitative Insights Into Microbial Ecology)進行物種豐富度分析。

 

QIIME軟體分析物種豐富度的方法有下列兩種:

 

  1. 1. 計算所觀察到的物種豐富度 (Observed species richness)

Observed species richness計算的是單一樣本中實際觀察到的物種數目;為定性指標,會將所得到的每個物種作「觀察到」與「未觀察到」的區分。此方法並不在意物種實際被觀察到的次數。

 

  1. 2. Chao1 豐富度估計 (Chao1 richness estimator)

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Sobs是樣品中物種的數量

F1是樣品中僅出現一次的物種數量

F2是樣品中剛好出現兩次的物種數量

Chao1量測方法1則同時也考量群落在抽樣樣品中僅出現過一次的物種數量。如果抽樣觀察到的多數物種都屬於只出現一次的物種,就表示該群落中可能還蘊藏著更多物種尚待發現,亦即,可以預期該群落的物種會有比較高的豐富度。倘若所有物種都已出現至少兩次,則該群落出現新物種的機會就不大。

 

這兩種方法的分析指數均可反映樣本中物種數目(OTU)的多寡,指數越高表示樣本中的物種豐富度越高;計算結果常以稀釋曲線(Rarefaction Curve)來呈現,如圖一所示。圖中的稀釋曲線除了可以比較不同樣品間的物種豐富度──在抽樣出相同序列數的條件下,樣本中所含的物種數目越多代表其中物種豐富度越高;還可以看出樣品的定序深度是否足夠──稀釋曲線已經趨於平緩,代表此時定序深度已經足以涵蓋該整體微生物群落,即使再繼續抽樣,出現新物種的機會也是極少。

 

 

圖一、16S總基因體物種豐富度分析稀釋曲線

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各樣品先以序列相似程度大於97%的條件產生操作分類單元(OTU),再進行物種豐富度估算,計算結果以稀釋曲線表示 (左圖:Observed species richness 分析法;右圖:Chao1分析法)。x軸為各樣品的抽出序列數目;y軸是針對各抽出序列進行豐富度估算後得到的OTU數目。(圖片來源:Scandinavian Journal of Statistics, 11, 265-270.)

 

 

參考文獻:

1. Chao, A. (1984). Nonparametric estimation of the number of classes in a population. Scandinavian Journal of Statistics, 11, 265-270.

 

 

 

 

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