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USEARCH - 序列分析软件

USEARCH 12 - 序列分析软件

面向序列检索、聚类与扩增子分析的命令行工具

USEARCH 将序列比对与检索、UCLUST 聚类、FASTQ 读段处理、UPARSE OTU 分析、UNOISE 去噪、UCHIME 嵌合体检测和 SINTAX 分类整合在一套命令行程序中,适合构建可复用的生物信息分析流程。

单一可执行文件,便于在本地工作站或自动化流程中部署。

USEARCH 12 是该工具的首个开源版本,以 GPL-3.0 许可证发布。程序采用命令行方式运行,无图形界面,也不依赖额外运行时组件;用户可根据输入数据、分析目标和计算平台组合相应命令。

序列检索支持全局与局部序列搜索,并可建立 UDB 数据库。
扩增子分析覆盖质控、合并、去重、OTU、ASV 与分类环节。
开源命令行源代码与预编译程序按 GPL-3.0 许可证提供。

核心功能

序列搜索与比对

通过 usearch_global 和 usearch_local 执行全局或局部搜索,可按相似度阈值检索数据库并输出匹配结果。

UCLUST 序列聚类

提供 cluster_fast、cluster_smallmem 和 cluster_mt 等命令,用于按序列相似性形成聚类,并适配不同的数据规模与计算方式。

FASTQ 读段处理

可合并双端读段、按质量过滤序列、截取或转换 FASTA/FASTQ 数据,为后续扩增子分析准备输入。

序列去重

使用 fastx_uniques 识别唯一序列并记录丰度信息,减少重复读段,为聚类、去噪和嵌合体检测提供输入。

UPARSE OTU 分析

cluster_otus 用于从质量过滤后的唯一序列构建 OTU;uparse_ref 可将查询序列与参考数据库结合开展分析。

UNOISE 序列去噪

unoise3 根据唯一序列及丰度信息进行去噪,生成用于扩增子研究的零半径 OTU,也可作为 ASV 序列使用。

UCHIME 嵌合体检测

uchime3_denovo 采用从头方式识别扩增子序列中的嵌合体,便于在下游统计前清理候选序列。

SINTAX 分类

sintax 通过参考序列数据库完成分类预测,并可用 sintax_summary 汇总分类结果。

典型分析流程

准备数据导入 FASTA 或 FASTQ 序列,确认样本命名与读段结构。
质量处理合并双端读段,按预期错误率等条件过滤并去重。
聚类或去噪根据研究设计选择 OTU 聚类、UNOISE 去噪及嵌合体检测。
分类与输出使用参考数据库分类,并生成序列、表格或汇总结果。

算法与处理方式

USEARCH 种子序列搜索过程示意图
USEARCH 序列搜索过程示意
UCLUST 序列聚类过程示意图
UCLUST 序列聚类过程
UNOISE 扩增子序列去噪示意图
UNOISE 扩增子去噪过程
UPARSE OTU 分析流程示意图
UPARSE OTU 分析流程

适用场景

微生物扩增子研究

处理 16S、ITS 等扩增子读段,组织从质量控制、去重到 OTU 或 ASV 生成的分析流程。

序列数据库检索

将查询序列与参考库进行全局或局部匹配,用于同源序列查找、注释准备和结果筛选。

序列聚类与去冗余

按相似度对核酸或蛋白质序列进行聚类,整理代表序列并减少数据集中的重复内容。

可复用分析流水线

将独立命令写入 Shell、批处理或其他自动化脚本,适配批量样本和重复运行需求。

平台与使用说明

运行方式

程序为命令行工具,不提供图形界面。单一可执行文件无需安装器、配置文件、环境变量或第三方运行时依赖。

平台构建

预编译程序覆盖 Windows、Linux x86-64、Linux ARM64、macOS Intel 与 Apple Silicon;也可按项目说明从源代码构建。

功能边界

当前版本聚焦序列处理、搜索、聚类与扩增子分析,不包含旧版中的 OTU 表操作和多样性分析模块,可将输出接入后续统计工具。

数据与参数

命令参数、输入格式和输出文件随任务而异;部署前应结合测序平台、读段方向、参考数据库和质量要求设计流程。

服务支持

可提供安装部署、分析流程梳理、命令参数配置、数据预处理、脚本集成及问题排查等技术服务。开源软件本身可从项目页面获取,相关技术服务范围按项目需求确认。

许可说明

USEARCH 12 的源代码与预编译程序按 GPL-3.0 许可证提供;使用、修改和分发时应遵守相应许可条款。不同构建的命令与平台支持范围可能存在差异,使用前请核对所选程序包。

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