FastANI分析工具帮助文档 - 微科盟生科云

一、分析原理

FastANI（Fast Average Nucleotide Identity）是一种快速计算全基因组平均核苷酸一致性（ANI）的比对自由算法。ANI定义为两个微生物基因组之间共享直系同源基因对的平均核苷酸一致性，是微生物物种划分和基因组相似性评估的重要指标。

                核心算法原理：
                基因组片段化：将输入基因组序列切割成长度可调的片段（默认3000 bp）
MinHash映射：使用MashMap作为MinHash序列映射引擎，快速识别直系同源区域
一致性计算：基于双向最佳匹配片段计算平均核苷酸一致性

            

与传统的BLAST-based ANI计算方法相比，FastANI在保持相同准确度的前提下，实现了2-3个数量级的速度提升，特别适合大规模基因组比较分析。

参考文献： Jain C, Rodriguez-R LM, Phillippy AM, et al. High throughput ANI analysis of 90K prokaryotic genomes reveals clear species boundaries. Nature Communications. 2018;9(1):5114. doi:10.1038/s41467-018-07641-9

二、结果文件说明

1. fastani.txt - ANI结果表格

该文件以制表符分隔，包含以下5列：

列名	描述	示例值
query	查询基因组名称（MAG名称）	MAG.T11.55
reference	参考基因组名称（MAG名称或参考基因组）	MAG.T13.2
ANI(%)	平均核苷酸一致性百分比	75.8841
shared_fragment_count	双向共享片段数量	54
total_query_fragments	查询基因组总片段数	773

重要提示：ANI值≤95%通常表示两个基因组属于不同物种，但具体的物种界定阈值可能因微生物类群而异。

2. conserved_regions.svg - 保守区域可视化图

图1：FastANI保守区域可视化示例（当仅比较两个基因组时生成）

该SVG图像展示了两个基因组之间的保守区域比对情况：

上方的水平条：参考基因组（reference）
下方的水平条：查询基因组（query）
连线区域：彩色连线表示保守区域，颜色从浅色（低一致性）渐变到深色（高一致性）
比例尺：右上角显示500 Kb比例尺

可视化说明：每个彩色连线代表一个保守区域，颜色表示该区域的一致性水平。连线越多、颜色越深，表明两个基因组之间的同源性越高。

三、结果解读与物种界定

                ANI值的生物学意义：
                ANI ≥ 95%：通常认为属于同一物种（同一物种内不同菌株）
ANI 90-95%：可能属于同一属的不同物种
ANI < 90%：很可能属于不同属

            

共享片段比例的计算：

共享片段比例 = shared_fragment_count / total_query_fragments

此值表示查询基因组中有多少比例的区域与参考基因组有保守的对应关系。比例越高，表明两个基因组的共线性区域越多。

示例结果解读：

对于示例结果 MAG.T11.55 MAG.T13.2 75.8841 54 773：

ANI值 = 75.8841%，远低于95%的物种界定阈值
这表明 MAG.T11.55 和 MAG.T13.2 很可能属于不同的微生物物种
共享片段比例 = 54 / 773 ≈ 6.99%，保守区域较少

四、科研论文撰写示例

Methods Section Example (英文示例):

Genome-based taxonomic classification was performed using Average Nucleotide Identity (ANI) analysis. 
The ANI values between metagenome-assembled genomes (MAGs) were calculated using FastANI v1.34 
with default parameters (fragment length: 3000 bp) through the Wekemo BioinCloud platform 
(Gao et al., 2024). MAG pairs with ANI values ≥95% were considered to belong to the same species, 
while those with ANI values <95% were classified as distinct species. The conserved genomic 
regions between representative genomes were visualized using the built-in visualization module 
of FastANI.
                

Results Section Example (英文示例):

The ANI analysis revealed clear species boundaries among the recovered MAGs. For instance, 
MAG MAG.T11.55 showed only 75.88% ANI similarity with MAG MAG.T13.2 (shared fragments: 54/773, 
~6.99%), indicating they represent distinct microbial species. The visualization of conserved 
regions between these genomes (Supplementary Figure S1) further confirmed their limited genomic 
synteny and homology.
                

Figure Legend Example (英文示例):

Supplementary Figure S1. Visualization of conserved genomic regions between MAG MAG.T11.55 
(query, bottom) and MAG MAG.T13.2 (reference, top) based on FastANI analysis. Colored lines 
connect homologous regions, with color intensity reflecting the percentage of nucleotide identity 
(scale: 74-100%). The limited number of connections and low ANI value (75.88%) indicate these 
MAGs belong to different microbial species. ANI analysis was performed using the Wekemo BioinCloud 
platform (Gao et al., 2024).
                

Reference Citation (英文示例):

Gao, Y., Zhang, G., Jiang, S., & Liu, Y. X. (2024). Wekemo Bioincloud: A user-friendly platform 
for meta-omics data analyses. iMeta, 3, e175. https://doi.org/10.1002/imt2.175
                

中文翻译要点：在中文论文中，可将上述英文内容翻译为中文，并确保引用微科盟生科云平台： "使用微科盟生科云平台（Gao et al., 2024）的FastANI工具进行平均核苷酸一致性分析..."

五、补充说明

注意事项：

物种注释结果相同的两个MAG, ANI不一定很高, 物种注释只是寻找数据库中最相似的基因组的物种分类, 并不是100%准确
FastANI适用于原核生物基因组比较，真核生物基因组建议使用其他工具
对于高度碎片化的MAG（N50 < 10 Kbp），ANI结果可能不稳定
ANI分析应结合其他分类学指标（如16S rRNA基因相似性、dDDH等）综合判断
可视化图仅在两两比较时生成，多基因组比较仅生成数值结果

六、技术支持与引用

平台引用：请在使用微科盟生科云平台的分析结果时引用以下文献：

Gao, Y., Zhang, G., Jiang, S., & Liu, Y. X. (2024). Wekemo Bioincloud: A user-friendly platform for meta-omics data analyses. iMeta, 3, e175. https://doi.org/10.1002/imt2.175

工具引用：如直接引用FastANI方法，请引用：

Jain, C., Rodriguez-R, L. M., Phillippy, A. M., Konstantinidis, K. T., & Aluru, S. (2018). High throughput ANI analysis of 90K prokaryotic genomes reveals clear species boundaries. Nature Communications, 9(1), 5114.

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