Chao1算法是一种用于估计生物多样性的方法,特别是在微生物群落中。让我为您解释一下其计算原理。
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准备: 在理解Chao1指数之前,我们需要理清两个概念:
- Singletons:仅包含一条read的OTU(操作分类单元)。
- Doubletons:仅包含两条reads的OTU。
想象一个放满各种各样玩具模型的大水池。我们随机捞起玩具,有两种情况:
- 如果捞起的玩具和之前已经捞过的某个玩具一模一样,那么我们手上就有两个相同的玩具,这就是doubletons。
- 如果捞起的玩具之前没有出现过,那么这就是singletons。
注意:如果我们手里已经有两个或更多相同的玩具,再捞一个起来,这种情况对Chao1指数没有贡献。
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公式: Chao1的经典公式如下:
其中:
- Sobs 表示样本中观察到的物种数目。
- F1 和 F2 分别表示singletons和doubletons的数目。
此外,Chao1还有一种修正偏差的公式,用于解决当doubletons为0时计算结果无意义的问题。
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理解:
- Chao1指数用于反映物种丰富度,通过观察到的结果推算出一个理论的丰富度,更接近真实的丰富度。
- 它对稀有的物种非常敏感,因为它通过singletons和doubletons进行了合理的推算。
- Chao1假设:在一个群体中随机抽样,当稀有的物种(singletons)仍在被发现时,可能还有其他未发现的稀有物种;直到所有物种至少被抽到两次(doubletons)时,不会再有新的物种被发现。
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举例:
- 菌落A有50个OTUs,其中有10个doubletons和12个singletons,其Chao1指数值为57.2。
- 菌落B有50个OTUs,其中有20个doubletons和5个singletons,其Chao1指数值为50.625。
- 菌落C有80个OTUs,其中有10个doubletons和12个singletons,其Chao1指数值为87.2。
- 菌落D有40个OTUs,其中有3个doubletons和20个singletons,其Chao1指数值为106.6667。
总之,Chao1是度量物种丰富度的指标,对稀有的物种非常敏感。