2019-08-27
QIIME全稱(cheng)是Quantitative Insights Into Microbial Ecology，是由微生物組(zu)領(ling)域(yu)大(da)神Rob Knight領(ling)導團隊開(kai)發(fa)的微生態測序數(shu)據分析流程，于2010年(nian)(nian)發(fa)表在《Nature Methods》期刊上。9年(nian)(nian)來(lai)，該(gai)軟件(jian)已(yi)成為(wei)微生物組(zu)領(ling)域(yu)廣(guang)泛使用的分析工具，引用量過萬(wan)，更(geng)是在今年(nian)(nian)的6月17日，被(bei)《Nature》期刊評(ping)為(wei)近70年(nian)(nian)來(lai)人(ren)體微生物組(zu)研究的25個里程碑事件(jian)之一。
QIIME軟件入選《Nature》評出的人體(ti)微生物組研究25大里程碑事件
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9年之后，QIIME再次出發(fa)！為(wei)滿足當前規模日(ri)益(yi)龐大的(de)數據、以(yi)及分析可重(zhong)復、可追溯的(de)需求，QIIME論文一作、現北亞利桑那(nei)大學(xue)的(de)Gregory Caporaso教授牽頭(tou)，并與全世(shi)界79家單位的(de)112名同行聯合，從頭(tou)開(kai)發(fa)了QIIME 2分析平(ping)臺，論文于2019年7月24日(ri)在(zai)線發(fa)表于世(shi)界頂級(ji)學(xue)術期刊《Nature Biotechnology》！
QIIME 2正式發表：可(ke)重復、可(ke)交(jiao)互、適用范圍廣(guang)并且可(ke)擴展的微(wei)生物(wu)組數據科學
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總體而(er)言，QIIME 2對QIIME 1完全重新設計和重寫，是全新的微生物組分析流程，不但繼承了QIIME 1強大和廣泛使用的諸多優點，同時也改進了先前版本中的許多不足和問題。一方面，QIIME 2可以整合多種分析流程、自動化追蹤數據來源；同時，它也支持API、命令行、圖形界面等多種用戶界面。另外，QIIME 2還開發了“語義類型系統（Semantic types）”，自動識別輸入文件類型；還可以通過插件系統，不斷新增微生物組分析方法、擴展使用功能（插件的實質是軟件包，比如dada2、q2-longitudinal等）：QIIME 2制定了分析插件的標準化開發流程，每個人都可以開發，官方也鼓勵第三方工具作為插件以為QIIME 2提供各種額外的分析功能，從而實現“去中心化”，使技術、方法得以快速部署、整合。
QIIME 2優勢
1 每一步分析結果可(ke)追溯、可(ke)重(zhong)復
2 插件(jian)系統賦予強大的可擴(kuo)展(zhan)性
3 全新(xin)可交互式(shi)圖形系統，可視化功能(neng)更(geng)強(qiang)大(da)
4 安(an)裝(zhuang)更方(fang)便(bian)
5 使(shi)用(yong)方(fang)式更多(duo)樣
6 合作共享(xiang)更(geng)容(rong)易
7 完善(shan)的(de)社區平臺
QIIME 2提(ti)供了多(duo)種多(duo)樣的交互式可視(shi)化工具(ju)
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QIIME 2迭代記錄數據來源，確保分析可追溯、可重復
QIIME 2從提出概念(nian)，到正(zheng)式發表論文(wen)，已經(jing)經(jing)過了(le)很長時間的迭代開(kai)發，目前已具備了(le)完善的分(fen)析流程（詳見
QIIME 2產生(sheng)的(de)數(shu)據(ju)(ju)類型，叫做對(dui)象（Artifacts），它可以是序列數(shu)據(ju)(ju)、表(biao)格數(shu)據(ju)(ju)、樹文(wen)件(jian)、樣(yang)本信息(xi)、參數(shu)信息(xi)等等。
在QIIME 2中，每一個特定的功能都是由一個插件完成的，而QIIME 2構建的基本思想，就是將這些插件的輸入端和輸出端統一為QZA和QZV的文件格式，進而可以銜接起來：
? qza文件(jian)的(de)本質其實(shi)是(shi)一個文件(jian)壓縮(suo)包(bao)(bao)，我(wo)們可(ke)以(yi)簡(jian)單得(de)(de)將QZA文件(jian)理解為(wei)是(shi)Qiime Zipped Artifacts。QZA文件(jian)除了(le)包(bao)(bao)含數據外(wai)，也包(bao)(bao)含了(le)之前的(de)分析(xi)過程(cheng)、使用的(de)方法命令、使用的(de)數據等(deng)(deng)信息等(deng)(deng)，得(de)(de)實(shi)現分析(xi)步驟的(de)可(ke)追溯、可(ke)重復(fu)；
? qzv文件(jian)(jian)末尾(wei)的(de)v代表visual。我們可(ke)以(yi)簡單得將QZV文件(jian)(jian)理解(jie)為是(shi)Qiime Zipped Visual。它與QZA文件(jian)(jian)類似，可(ke)追溯、可(ke)重復，唯一的(de)區別就在于它是(shi)各(ge)個分析流程的(de)終點，即無法再使用QZV文件(jian)(jian)作為輸(shu)入文件(jian)(jian)在流程中繼續分析。QZV文件(jian)(jian)包含(han)的(de)可(ke)視化(hua)(hua)結果(guo)有：統計(ji)表格、靜(jing)態圖片、交互式(shi)網頁以(yi)及組合(he)的(de)可(ke)視化(hua)(hua)呈現。
QIIME 2 插件亮(liang)點
之DADA2
根據(ju)目前的QIIME 2官方的技術文檔，目前QIIME 2已經包含20余種插件：
1. alignment: Plugin for generating and manipulating alignments
2. composition: Plugin for compositional data analysis
3. cutadapt: Plugin for removing adapter sequences, primers, and other unwanted sequence from sequence data
4. dada2: Plugin for sequence quality control with DADA2
5. deblur: Plugin for sequence quality control with Deblur
6. demux: Plugin for demultiplexing & viewing sequence quality
7. diversity: Plugin for exploring community diversity
8. emperor: Plugin for ordination plotting with Emperor
9. feature-classifier: Plugin for taxonomic classification
10. feature-table: Plugin for working with sample by feature tables
11. fragment-insertion: Plugin for extending phylogenies
12. gneiss: Plugin for building compositional models
13. longitudinal: Plugin for paired sample and time series analyses
14. metadata: Plugin for working with Metadata
15. phylogeny: Plugin for generating and manipulating phylogenies
16. quality-control: Plugin for quality control of feature and sequence data
17. quality-filter: Plugin for PHRED-based filtering and trimming
18. sample-classifier: Plugin for machine learning prediction of sample metadata
19. taxa: Plugin for working with feature taxonomy annotations
20. types: Plugin defining types for microbiome analysis
21. vsearch: Plugin for clustering and dereplicating with vsearch?
由于篇幅所限，我們無法一一展(zhan)示(shi)QIIME 2的插件系統的強大之處。我們在此重點討論下DADA2這一插件。
DADA2可以(yi)實現Illumina擴(kuo)增子測序(xu)數據的(de)錯誤校正(zheng)，去(qu)(qu)除(chu)引物、堿(jian)基質量控(kong)制、去(qu)(qu)噪(zao)（Denoise）、雙端序(xu)列(lie)拼接和嵌合體去(qu)(qu)除(chu)，進(jin)而獲得(de)單堿(jian)基精度(du)的(de)代(dai)表序(xu)列(lie)。與傳統的(de)基于(yu)OTU的(de)分析方(fang)法(fa)不(bu)同，DADA2不(bu)再以(yi)序(xu)列(lie)相似(si)度(du)進(jin)行聚類(lei)，只進(jin)行去(qu)(qu)重（Dereplication，相當于(yu)以(yi)100%相似(si)度(du)聚類(lei)），從(cong)而得(de)到(dao)“擴(kuo)增序(xu)列(lie)變(bian)體”ASVs（Amplicon sequence variants），或稱為(wei)(wei)“特征(zheng)序(xu)列(lie)”（對應(ying)于(yu)傳統的(de)OTU代(dai)表序(xu)列(lie)），而這些序(xu)列(lie)在樣本(ben)中的(de)豐(feng)(feng)度(du)表稱為(wei)(wei)“特征(zheng)表”（對應(ying)于(yu)傳統的(de)OTU豐(feng)(feng)度(du)矩(ju)陣表）。以(yi)DADA2為(wei)(wei)代(dai)表的(de)去(qu)(qu)噪(zao)生成特征(zheng)序(xu)列(lie)的(de)方(fang)法(fa)，是目前主流分析平(ping)臺(tai)（QIIME 2和USEARCH等）所力推(tui)的(de)。
QIIME 2認為以OTUs聚(ju)類(lei)為基礎建立的分析(xi)方法是(shi)不(bu)理想、不(bu)準確的
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此外，QIIME 2還整合了新的條形UniFrac算法（Striped UniFrac），也大大提升了微生物組大數據的分析速度。
綜上所述(shu)，我(wo)們縱覽了QIIME 2的優點和諸多新特性。我們相信，QIIME 2的誕生，必將推動微生物組研究進入快速發展的新時期！作為微生物組大數據解析的一大利器，QIIME 2可追溯、可重復的“數據透明化”的特點，使其必將成為微生態領域研究人員熟知和接受度廣的行業標準！未來，QIIME 2還將納入宏基因組、宏轉錄組、宏蛋白組和代謝組等分析流程，可以預期，在不久的將來，QIIME 2將發展成為多組學整合分析平臺！
