宏转录组方法_技术贴 | 宏基因组 + 宏转录组分析工具：HUMAnN

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HUMAnN(全称HMP Unified Metabolic Analysis Network)最早由CurtisHuttenhower团队针对HMP项目开发的一款可对宏基因组/宏转录组测序数据进行物种分类分析和功能(代谢)分析的多功能软件【1】

一. HUMAnN 第一版 2012

Curtis Huttenhower团队使用该方法还特意分别做了口腔、粪便宏基因组与宏转录组关系的研究【2】。该研究于2014年发表于PNAS，他们发现：

1)冷冻、乙醇、RNAlater三种保存条件中的微生物群落、宏基因组和宏转录组高度一致。不同保存方法对标本内的生物学信息影响不大。

2)口腔微生物能进入肠道并存活下来的数量很少、转录活性也很低。口腔和肠道的环境差异很大，人体微生物中能同时适应两种环境的数量很少；

3)宏基因组和宏转录组中的生物功能在有很高的一致性【下图】 ；

4)个体间的稳定性：宏基因组 >宏转录组 > 微生物群落；

5)多数基因在RNA水平上的变异 > DNA水平上的变异。

图1

说明：

KEGG注释后一共获得3,292个相对丰度 > 0.01%的KOs。KOs(基因)和KOs(转录本)的平均相对丰度有很高的相关性 (Spearman’s r = 0.76)。图A至图H为8个不同的KOs分类：1)红点是RNA >DNA的KOs；2)蓝点是DNA > RNA的KOs；3)x或y轴上的点表示一个数据集中丰度为零，而另一个数据集中的丰度不为零的KOs。

二、HUMAnN第二版 2018

2018年HUMAnN第二版发表于Nature Methods【3】。与第一版相比，HUMAnN2能将功能分析和物种分类信息整合到一起，通过分层分析快速、准确进行物种水平分析。Curtis Huttenhower团队进行的IBD患者肠道菌群生态系统的多组学研究在2019年被NATURE杂志中刊出，其中宏基因组和宏转录组的关键分析均由HUMAnN2完成【4】。

图2

图3

三、HUMAnN 第三版 2020

接着2020年又更新到HUMAnN3。第二版与第三版相比：

1)物种分类分析部分使用最新版的MetaPhlAn 3.0；

2)蛋白注释使用UniProt/UniRef 2019_01序列和注释信息；

3)物种数是HUMAnN2的2倍多，基因家族数量是HUMAnN2的3倍多；

4)更多步骤提供可调节的参数；

5)蛋白序列比对使用diamond 0.9。

图4

Github地址：https://huttenhower.sph.harvard.edu/humann3/

安装和测试：

    # (Optionally) Create a new conda environment for the installationconda create --name biobakery3 python=3.7conda activate biobakery3# (If you haven't already) Set conda channel priority:conda config --add channels defaultsconda config --add channels biocondaconda config --add channels conda-forgeconda config --add channels biobakery# Install HUMAnN 3.0 software with demo databases:conda install humann -c biobakery# Conda-installing HUMAnN 3.0 will automatically install MetaPhlAn 3.0.# To install only MetaPhlAn 3.0 execute:conda install metaphlan -c bioconda.# Run HUMAnN unit tests:humann_test (~1 minute)# Run the HUMAnN demo:humann -i demo.fastq -o sample_results

还在被宏基因组宏转录组分析方法选择和流程搭建困扰的同学，不然试试多快好省的HUMAnN。

[1] MetabolicReconstruction for Metagenomic Data and Its Application to the Human Microbiome.PLoS Computational Biology 2012

[2] Relating the metatranscriptome and metagenome of the human gut. PNAS2014

[3] Species-level functional profiling of metagenomes and metatranscriptomes.Nature Methods 2018

[4] Multi-omics of the gut microbial ecosystem in inflammatory boweldiseases. Nature. 2019

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