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一、OTU聚类分析简介

OTU（Operational Taxonomic Unit）指的是在比较微生物群落组成时，对细菌基因序列进行分析，把不同的序列按照相似性归为同一类别，并把同一类别的序列统计出现的次数。OTU聚类分析即对这些序列进行分类聚类，将相似的序列归为同一聚类单元。

OTU聚类分析的主要目的是为了对微生物群落进行分类和定量分析，以获取微生物群落的组成结构和数量。OTU聚类方法不同，可得到不同的OTU数目和分类，正确的选择OTU聚类方法对于群落组成的准确评估至关重要。

二、OTU聚类分析方法

OTU聚类分析的方法主要分为两大类：聚类法和分类法。

1、聚类法

聚类法指的是采用一定的相似性度量方法和聚类算法，将OTU按照相似性聚合成不同的群落。常见的聚类方法包括UPGMA、NJ（Neighbor Joinning）和WPGMA（Weighted Pair Group Method with Arithmetic Mean）等。

2、分类法

分类法将相似的OTU分到同一类中，不同类别之间的相似性要求较小。分类法的主要方法有kNN（k-近邻算法）、SOM（Self Organizing Maps自组织映射）和PCA（Principal Component Analysis主成分分析法）等。

三、OTU聚类分析的使用

OTU聚类分析广泛应用于分析各类微生物群落的组成和结构。在线分析平台包括QIIME和RDP工具包等，可以对16S rRNA基因序列进行分类聚类分析，以描述和比较微生物群落的组成、结构和功能，以及研究微生物的物种分布和多样性变化等。

1、QIIME

QIIME（Quantitative Insights Into Microbial Ecology）是一个广泛应用的微生物生态数据分析平台。它集成了大量的工具包，包括OTU聚类、物种组成分析、β多样性分析、指数差异分析等功能。几乎涵盖了微生物生态学数据处理的每个方面。

# OTU聚类
usearch -cluster_otus otus.fasta -otus otus_otus.fasta

2、RDP工具包

RDP（Ribosomal Database Project）是一个基于rRNA基因的数据库，提供微生物生态系统研究所需的基础信息和工具包。RDP工具包包括OTU聚类、物种组成分析、多样性分析等多个功能模块。

# OTU聚类
mothur "#cluster(method=average)"

四、OTU聚类分析的优缺点

1、优点

  • 能够获取微生物群落组成的直接信息，评估各个微生物的数量存在情况和统计结果。
  • OTU聚类方法具有高度的准确性和复杂度，可以提供更多有关微生物群落组成和多样性变化的信息。

2、缺点

  • 依赖于分析质量，分析精度的差异可能导致OTU id、聚类单元和进一步的分析结果完全不同。
  • 这种方法涉及到众多的参数设置，误操作可能会使聚类效果大打折扣。