微生物科研常用200+款生信软件/小工具整理：从基因组分析到微生物组数据处理

1. 细菌基因组下载

如果需要从NCBI获取大量细菌参考基因组，可以使用基于GCA/GCF编号的基因组下载工具。

适用场景：

· 构建菌种参考基因组集合

· 比较不同菌株基因组

· 泛基因组分析

· 系统发育分析

· 菌株背景筛选

对于需要批量获取参考基因组的研究，这类工具可以明显减少手动下载的工作量。

2. GCA/GCF单次基因组下载

如果只需要下载少量参考基因组，可以直接输入GCA/GCF编号进行下载。

工具：https://cloud.mimazi.net/tool/article-215.html

3. 批量基因组下载

如果需要一次下载几十甚至数百个菌株基因组，可以使用批量下载工具。

工具：https://cloud.mimazi.net/tool/article-216.html

微生物基因组分析中，经常会遇到：

FASTA、GBK、GFF、FAA、FFN、TXT、TSV……

不同软件对输入文件格式要求不同，因此格式转换往往是最常见、也最容易卡住的一步。

4. GBK转GFF3

工具：https://cloud.mimazi.net/tool/article-160.html

适合：

· 基因组注释结果转换

· 泛基因组分析

· 基因组可视化

· 下游注释分析

5. GBK提取基因组FASTA

可以直接从GenBank格式文件中提取基因组序列。

工具：https://cloud.mimazi.net/tool/article-151.html

6. FASTA文件批量合并

用于将多个FASTA文件快速合并。

适合：

· 多菌株序列合并

· 多基因序列合并

· 构建批量分析输入文件

工具：https://cloud.mimazi.net/tool/article-212.html

7. NCBI Feature Table生成

如果需要将原核生物基因组提交至NCBI，可以利用Feature Table生成工具快速生成提交所需的.tbl文件。该工具用于根据序列注释信息生成NCBI上传所需的Feature table。

工具：http://cloud.mimazi.net/tool/article-190.html

8. BLASTN核酸序列比对

适合：

· 基因序列同源性搜索

· PCR扩增片段鉴定

· 特定基因序列比对

· 菌株间序列比较

工具：http://cloud.mimazi.net/tool/article-207.html

9. 多序列比对

多序列比对是系统发育、保守位点分析和序列差异研究的基础步骤。

常见软件包括：

· MAFFT

· MUSCLE

· Clustal Omega

如果不想配置Linux环境，也可以直接使用在线工具完成部分多序列比对任务。

工具：http://cloud.mimazi.net/tool/article-169.html

工具：http://cloud.mimazi.net/tool/article-152.html

工具：http://cloud.mimazi.net/tool/article-140.html

10. 多序列比对结果可视化

例如pyMSAviz，可以将FASTA格式的氨基酸多序列比对结果直接进行可视化。

适合制作：

· 蛋白保守性图

· 多序列比对图

· 突变位点展示

· 论文Figure

工具：http://cloud.mimazi.net/tool/article-202.html

工具：http://cloud.mimazi.net/tool/article-153.html

11. GC含量计算

计算基因或者完整基因组的GC含量。

可以用于：

· 基因组基本特征统计

· 菌株差异比较

· 外源片段分析

· 基因组组成分析

密码子云的GC含量工具支持单条或者多条FASTA序列批量计算GC比例。

工具：http://cloud.mimazi.net/tool/article-148.html

工具：http://cloud.mimazi.net/tool/article-165.html

工具：http://cloud.mimazi.net/tool/article-147.html

工具：http://cloud.mimazi.net/tool/article-146.html

工具：https://cloud.mimazi.net/tool/article-145.html

12. SKESA基因组组装

适合基于Illumina二代测序数据进行细菌基因组组装。

13. 基因组测序深度可视化

通过测序深度变化，可以辅助判断基因组区域是否存在覆盖异常、缺失或者重复。

工具：http://cloud.mimazi.net/tool/article-189.html

工具：http://cloud.mimazi.net/tool/article-57.html

14. 基因组完整性评估

常用于评估基因组组装和注释的完整程度。

特别适合：

· 真菌基因组

· 细菌基因组

· 真核微生物基因组

· 新组装基因组质量评价

工具：http://cloud.mimazi.net/tool/article-158.html

工具：http://cloud.mimazi.net/tool/article-136.html

工具：http://cloud.mimazi.net/tool/article-135.html

完成基因组组装之后，下一步通常就是：

“这些基因到底是什么？”

这时候就需要进行功能注释。

15. COG功能注释

COG可以将基因按照功能类别进行分类。

例如：

· 能量代谢

· 氨基酸代谢

· DNA复制与修复

· 转录

· 翻译

· 细胞膜相关功能

密码子云提供基于eggNOG数据库的COG分类注释和统计分析，并支持结果可视化。

工具：http://cloud.mimazi.net/tool/article-103.html

工具：http://cloud.mimazi.net/tool/article-214.html

16. KEGG功能注释

用于分析基因参与的代谢通路。

适合回答：

这个菌株有哪些代谢能力？

两组菌株在哪些代谢通路上存在差异？

17. CAZy注释

特别适合研究：

· 碳水化合物代谢

· 植物病原菌

· 食品微生物

· 真菌

· 工业微生物

可以关注：

· GH

· GT

· CE

· PL

· AA

· CBM

等CAZy家族。

工具：https://cloud.mimazi.net/tool/article-59.html

这是细菌基因组研究中非常常见的一类分析。

工具：http://cloud.mimazi.net/tool/article-234.html

工具：http://cloud.mimazi.net/tool/article-181.html

18. RGI / CARD耐药基因分析

用于从基因组或者蛋白质序列中识别潜在抗性基因。

工具：http://cloud.mimazi.net/tool/article-107.html

工具：http://cloud.mimazi.net/tool/article-58.html

19. ResFinder耐药基因分析

适合检测常见获得性耐药基因。

工具：https://cloud.mimazi.net/tool/article-125.html

20. PointFinder耐药突变分析

如果研究的是：

“这个菌为什么耐药？”

不能只看耐药基因，还需要关注耐药相关突变。

PointFinder就是常见的耐药突变分析工具。

密码子云目前提供PointFinder在线分析工具，页面显示该工具累计使用量较高。

工具：http://cloud.mimazi.net/tool/article-157.html

21. VFDB毒力基因注释

用于分析细菌基因组中的潜在毒力相关基因。

适合：

· 致病菌研究

· 毒力差异分析

· 菌株比较

· 病原菌基因组分析

工具：http://cloud.mimazi.net/tool/article-127.html

工具：http://cloud.mimazi.net/tool/article-224.html

如果研究细菌耐药传播、毒力传播或者水平基因转移，这一部分尤其重要。

22. PLASMe质粒片段识别

用于识别基因组中的潜在质粒来源片段。

工具：http://cloud.mimazi.net/tool/article-154.html

工具：http://cloud.mimazi.net/tool/article-235.html

23. MOB-suite

用于质粒鉴定、分型和相关分析。

24. PlasmidFinder

用于质粒复制子相关分析。

工具：http://cloud.mimazi.net/tool/article-119.html

25. IS元件分析

用于识别插入序列等移动遗传元件。

26. MLST分析

MLST是细菌分子分型中非常经典的方法。

可以用于：

· 菌株分型

· 流行病学研究

· 菌株群体结构分析

· 不同来源菌株比较

密码子云提供MLST批量注释工具。

工具：http://cloud.mimazi.net/tool/article-139.html

工具：http://cloud.mimazi.net/tool/article-138.html

27. MetaMLST

如果没有单独分离菌株，而是直接获得宏基因组数据，也可以使用MetaMLST从宏基因组数据中进行菌株水平MLST分析。

工具：http://cloud.mimazi.net/tool/article-183.html

工具：http://cloud.mimazi.net/tool/article-184.html

工具：http://cloud.mimazi.net/tool/article-182.html

28. 单基因进化树

如果研究某个特定基因的进化关系，可以使用：

MAFFT + FastTree

完成序列比对和进化树构建。

这是非常适合初学者入门的一类系统发育分析。

密码子云目前提供“单基因序列进化树构建（MAFFT+FastTree）”工具，并且该工具在平台上的使用热度较高。

工具：http://cloud.mimazi.net/tool/article-169.html

29. SNP位点提取

从多序列比对结果中提取SNP位点。

工具：http://cloud.mimazi.net/tool/article-142.html

30. SNP距离矩阵

使用snp-dists根据多序列比对结果生成SNP距离矩阵。

可以用于：

· 菌株亲缘关系分析

· 暴发菌株比较

· 克隆群分析

· SNP差异统计

密码子云目前提供基于多序列比对文件生成SNP距离矩阵的工具。

工具：http://cloud.mimazi.net/tool/article-152.html

如果你的研究问题是：

“这几株菌到底有什么不同？”

那么比较基因组分析通常是最重要的一类方法。

31. ANI分析

用于计算菌株之间的平均核苷酸一致性。

可以回答：

两个菌株到底有多像？

工具：http://cloud.mimazi.net/tool/article-143.html

工具：http://cloud.mimazi.net/tool/article-141.html

32. 泛基因组分析

常用软件：

· Roary

· Panaroo

· PIRATE

可以将基因组划分为：

· Core genome

· Soft-core genome

· Shell genome

· Cloud genome

从而寻找菌株之间的特异基因。

即将上线。

33. 核心基因组SNP分析

适合研究：

· 菌株亲缘关系

· 克隆传播

· 医院暴发

· 地理传播

· 菌株进化

即将上线。

34. 同源基因分析

可以用于比较不同菌株、不同物种之间的基因保守性和差异。

即将上线。

如果研究的是16S、ITS或者宏基因组数据，还需要大量统计分析工具。

35. LEfSe差异分析

LEfSe用于寻找不同组之间具有统计学差异的微生物标志物。

适合：

“哪些菌在疾病组富集？”

“哪些菌是两组之间的潜在Biomarker？”

密码子云的LEfSe工具支持两个或多个分组之间的特征筛选和差异分析。

工具：http://cloud.mimazi.net/tool/article-82.html

36. RDA/CCA分析

用于研究：

“哪些环境因子影响微生物群落？”

例如：

· pH

· 温度

· 盐度

· 有机质

· 氮磷含量

等环境变量与微生物群落之间的关系。

工具：http://cloud.mimazi.net/tool/article-97.html

工具：http://cloud.mimazi.net/tool/article-95.html

37. PLS-DA

用于多变量分类和模式识别，可辅助观察不同组样本之间的整体差异。

工具：http://cloud.mimazi.net/tool/article-89.html

38. 随机森林

随机森林可以用于微生物特征筛选和分类模型构建。

适合寻找：

“哪些菌最能区分两组样本？”

需要注意样本量过少时模型稳定性会受到影响。

工具：http://cloud.mimazi.net/tool/article-99.html

39. PICRUSt2

如果研究16S数据，可以进一步使用PICRUSt2进行微生物群落功能预测。

工具：http://cloud.mimazi.net/tool/article-161.html

40. SourceTracker

如果研究的是微生物来源，可以使用SourceTracker回答：

“这些微生物来自哪里？”

例如：

· 母婴菌群来源

· 河流污染来源

· 土壤来源

· 环境污染来源

· 法医学来源追踪

密码子云已经提供SourceTracker在线分析工具。

工具：http://cloud.mimazi.net/tool/article-177.html

做微生物生信分析，最重要的不是：

“我会多少个软件？”

而是：

“面对一个科研问题，我知道应该选择什么分析方法。”

例如：

想知道菌株是不是同一个克隆？

→ 核心基因组SNP + 系统发育树

想知道不同菌株有哪些特异基因？

→ 泛基因组分析

想知道菌株之间有多相似？

→ ANI

想知道菌株为什么耐药？

→ 耐药基因 + PointFinder耐药突变

想知道毒力潜力有什么不同？

→ VFDB

想知道质粒是否参与耐药传播？

→ 质粒分析 + 移动遗传元件分析

想知道不同环境中的菌群有什么区别？

→ Alpha/Beta多样性 + 差异分析

想知道哪些菌能够区分两组样本？

→ LEfSe + Random Forest

想知道微生物群落受哪些环境因子影响？

→ RDA/CCA

这才是微生物生信分析真正应该掌握的思维方式。

密码子·生信云：让微生物分析更简单

如果你正在进行：

· 细菌基因组分析

· 真菌基因组分析

· 微生物比较基因组

· 微生物组分析

· 耐药与毒力研究

· 菌株进化分析

· 微生物数据统计绘图

可以直接进入密码子·生信云的小工具库，根据自己的科研问题选择对应工具。

200+款微生物科研小工具，持续更新中。

https://cloud.mimazi.net/tool/index.html