基于ITS2标记的土壤真菌群落研究:ASV与OTU聚类方法在物种丰富度评估中的一致性与差异

《Environmental DNA》:Consistent Species Richness Patterns but Not Richness Estimates Based on Both ASV and OTU Inference Methods on ITS2-Based Soil Fungal Communities

【字体: 时间:2026年01月28日 来源:Environmental DNA 6.2

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  这篇综述系统比较了扩增子序列变体(ASV)和操作分类单元(OTU)两种聚类方法在ITS2标记的土壤真菌群落分析中的表现。研究表明,尽管两种方法在总体物种丰富度模式上高度一致,但ASV能捕获更多种内遗传变异,导致更高的γ多样性估计;而OTU在揭示群落与环境因子(如土壤N:C比)的生态关联时更具优势。文章强调方法选择需结合研究目标,反对ASV完全替代OTU的绝对化观点。

  

引言

真菌在生态系统中承担关键功能,但其群落常隐藏于土壤或有机质中,难以直接观察。基于环境DNA的宏条形码技术通过聚类序列读取单元(如OTU或ASV)来解析群落结构。本研究以瑞典森林土壤Inventory的359个样点为基础,利用PacBio平台测序ITS2区域,对比ASV(通过DADA2推断)和OTU(基于99%相似度的单链接聚类)两种方法对真菌群落表征的影响。

材料与方法

数据处理流程:原始序列经质量过滤后,分别通过SCATA管道(OTU聚类)和nf-core/ampliseq管道(ASV推断)处理。OTU聚类采用单链接算法,最小相似度阈值为99%;ASV推断通过DADA2去噪并利用LULU算法进一步校正潜在人工序列。代表性序列通过UNITE数据库(v9.0)进行物种假设(SH)注释,序列相似度阈值设为98.5%。统计分析使用R语言vegan包,评估α多样性(如Shannon指数)、β多样性(Bray-Curtis相异度)及群落与环境因子的关联(PERMANOVA)。

结果

1. 数据产出与分类注释
ASV方法生成4572个单元,比OTU(3229个)多42%,但ASV流程过滤了2.3%的低质量读取。ASV在属和种水平的注释比例更高(属:78% vs. 69%;种:63% vs. 46%)。所有ASV代表性序列均能与OTU序列匹配(相似度≥92.2%),但11%的OTU(均为稀有类群,<0.1%总读取量)未匹配到ASV,表明OTU能保留部分ASV过滤的稀有变异。
2. 物种丰富度估计
两种方法在样点水平的α多样性相近(ASV: 115±38 vs. OTU: 122±42),但ASV的γ多样性外推值高达25,730±1832,是OTU(3535±32)的7.3倍,且未达渐近线。ASV将同一SH拆分为多个变体(平均1.5 ASVs/SH),如Piloderma sphaerosporum(SH0943263.09FU)被分为8个ASV,而OTU仅对应2个单元,反映ASV对种内变异的高分辨率。
3. 生态关联分析
ASV与OTU的群落结构显著相关(Mantel检验r>0.95),但OTU数据与土壤N:C比的相关性更强(PERMANOVA:OTU的R2=0.040 vs. ASV的R2=0.025)。LULU校正虽减少ASV数量(4208个),但未改变总体趋势。

讨论

ASV和OTU在揭示真菌群落宏观模式上具有一致性,但ASV因保留种内变异而高估γ多样性,OTU则通过聚类近似物种水平的单元更易捕捉生态驱动因子(如N:C比)。ASV适用于解析微进化过程,而OTU在生态学研究中有更高效率。方法选择应取决于研究目标,而非简单替代。未来需结合更完善的参考数据库优化SH注释,以平衡分类分辨率与生态解释力。
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