alpha指数计算

　　群落生态学中研究微生物多样性，通过单样本的多样性分析（Alpha多样性）可以反映微生物群落的丰度和多样性，包括一系列统计学分析指数估计环境群落的物种丰度和多样性。

　　计算菌群丰度（Community richness）的指数有：

Chao - the Chao1 estimator   (http://www.mothur.org/wiki/Chao)；

Ace - the ACE estimator   (http://www.mothur.org/wiki/Ace)；

计算菌群多样性（Community diversity）的指数有：

Shannon - the Shannon index   (http://www.mothur.org/wiki/Shannon)；

Simpson - the Simpson index   (http://www.mothur.org/wiki/Simpson)；

测序深度指数有：

Coverage - the Good’s coverage   (http://www.mothur.org/wiki/Coverage) 。

各指数算法如下：

Ÿ   Chao： 是用chao1算法估计样本中所含OTU数目的指数，chao1在生态学中常用来估计物种总数，由Chao (1984) 最早提出。本次分析使用计算公式如下：

其中，

=估计的OTU数；

= 实际观测到的OTU数；

= 只含有一条序列的OTU数目（如 "singletons"）；

= 只含有两条序列的OTU数目（如 "doubletons"）。

Ÿ   Ace：用来估计群落中OTU数目的指数，由Chao提出，是生态学中估计物种总数的常用指数之一，与Chao 1的算法不同。本次分析使用计算公式如下：

其中，

= 含有i条序列的OTU数目；

= 含有“abund”条序列或者少于“abund”的OTU数目；

= 多于“abund”条序列的OTU数目；

abund =“优势”OTU的阈值，默认为10。

Ÿ   Simpson：用来估算样本中微生物多样性指数之一，由Edward Hugh Simpson ( 1949) 提出，在生态学中常用来定量描述一个区域的生物多样性。Simpson指数值越大，说明群落多样性越低。

其中，

= 实际观测到的OTU数目；

= 第i个OTU所含的序列数；

N = 所有的序列数。

Ÿ   Shannon：用来估算样本中微生物多样性指数之一。它与Simpson多样性指数常用于反映alpha多样性指数。Shannon值越大，说明群落多样性越高。

其中，

= 实际测量出的OTU数目；

=第i个OTU所含的序列数；

N = 所有的序列数。     

Ÿ   Coverage ：是指各样本文库的覆盖率，其数值越高，则样本中序列被测出的概率越高，而没有被测出的概率越低。该指数反映本次测序结果是否代表了样本中微生物的真实情况。

其中，

= 只含有一条序列的OTU数目；

N = 抽样中出现的总序列数目。

输入：

OTU Table文件：

OTU ID    Bio1 Bio2 Bio3 Bio4 Bio5 Bio6 Bio7 Bio8 Bio9 Bio10

OTU1        0       0       0       0       0       6       34     104   367   254

OTU2        52     335   18     49     0       0       0       0       0       0

OTU3        0       0       0       0       5       0       0       0       0       0

其他参数默认。

输出：

所有指数分析结果列表：

label group        ace   ace_lci      ace_hci     chao          chao_lci   chao_hci   shannon   shannon_lci      shannon_hci     simpson         simpson_lci       simpson_hci     coverage

0.97 Bio1 346.194704      331.476264      372.638051      354.576923      333.073087      399.117323      3.781538 3.766010         3.797066 0.046843 0.046078 0.047608 0.998818

0.97 Bio10        395.466726      376.269956      427.253744      421.285714      386.395099      487.077510      3.774702 3.755410         3.793994 0.062000 0.060430 0.063569 0.997910

0.97 Bio2 332.445823      321.725205      352.968544      336.250000      321.537509      369.723681      4.028501 4.011252         4.045751 0.040562 0.039663 0.041461 0.998876

分析模块引用了mothur（v.1.35.0）的summary.single命令。

相关文献如下所示：

Schloss, P.D., et al., Introducing mothur: Open-source, platform-independent, community-supported software for describing and comparing microbial communities. Appl Environ Microbiol, 2009. 75(23):7537-41.

The original tools:

Schloss, PD & Handelsman, J. (2006) Introducing SONS, a tool for OTU-based comparisons of membership and structure between microbial communities. Applied and Environmental Microbiology. 72:6773-9.

Schloss, PD & Handelsman, J. (2006). Introducing TreeClimber, a test to compare community structures. Applied and Environmental Microbiology. 72: 2379-84.

Schloss, PD & Handelsman, J. (2005). Introducing DOTUR, a computer program for defining operational taxonomic units and estimating species richness. Applied and Environmental Microbiology. 71:1501-6.

Schloss, PD, Larget, BR, & Handelsman J. (2004). Integration of microbial ecology and statistics: a test to compare gene libraries. Applied and Environmental Microbiology. 70:5485-92.