PICRUSt2预测群落功能-v2.6.2(2025年4月更新最新版本)

2025-6-18

前言

PICRUSt2（Phylogenetic Investigation of Communities by Reconstruction of Unobserved States 2）是一种基于系统发育标记基因（如16S rRNA）预测微生物群落功能组成的生物信息学工具。它通过将测序获得的OTU/ASV序列与参考基因组数据库（如KEGG、COG、MetaCyc等）进行比对，利用预先计算的系统发育关系模型，推断微生物群落可能携带的功能基因、代谢通路及酶活性。相较于初代PICRUSt，PICRUSt2提高了预测准确性，支持更广泛的数据库和自定义参考数据，并整合了跨分类层级的功能注释。该工具广泛应用于生态学、医学及环境微生物学研究，但需注意其预测结果依赖于参考数据库的完整性，需结合实验进一步验证。

GitHub链接：PICRUSt2官网

1 准备工作：

需要至少16G内存的Linux环境下使用

如果没有安装Linux环境，参考：Windows 11 安装Ubuntu 20.04 LTS子系统 - leo朵

1.1 习惯性设置screen，事倍功半，保证和服务器断开连接也不中止任务

# 新建一个名为screen-name的会话窗口（screen-name可以自定义命名）
screen -S screen-name

# 断开名为screen-name的screen进程
# 使用前该screen进程的状态必须是Attached，使用后状态变为Detached
screen -d screen-name

# 返回到名为screen-name的会话窗口
screen -r screen-name

# 终止名为screen-name的会话
# 当screen中运行的程序卡住，无法正常终止会话时可以使用
screen -S screen-name -X quit

1.2 安装miniconda

1.2.1下载 Miniconda3 安装脚本

wget https://repo.anaconda.com/miniconda/Miniconda3-latest-Linux-x86_64.sh

1.2.2 运行脚本

chmod +x Miniconda3-latest-Linux-x86_64.sh
bash Miniconda3-latest-Linux-x86_64.sh

1.2.3 遵循安装向导

安装脚本会以交互方式引导你完成安装：

查看许可协议：按回车键查看协议内容，直到最后。
同意许可：输入 yes 并按回车键。
指定安装位置：默认安装路径为 ~/miniconda3，你可以直接按回车键接受默认路径。
初始化 Conda：安装完成后，输入 yes 初始化 Conda

1.2.4 验证安装

关闭并重新打开终端窗口，或者运行以下命令刷新终端：

source ~/.bashrc

然后运行以下命令验证安装是否成功：

conda --version

如果显示 Miniconda 的版本号（如 conda 24.5.0），则表示安装成功

如果没有显示版本号，则需要手动将按照的conda的bin目录添加到环境的变量中

对于Linux/macOS用户：

确认Anaconda安装路径：首先，确定Anaconda安装到了哪个目录。默认情况下，它可能安装在 ~/anaconda3 或 ~/miniconda3 目录下。
编辑bash配置文件：打开你的bash配置文件。对于大多数用户，这可能是 ~/.bashrc 或 ~/.bash_profile（取决于你的系统和配置）。你可以使用文本编辑器打开它，例如使用 vim 或 nano：
```
 nano ~/.bashrc
```
添加conda路径到PATH：在文件的末尾添加以下行，替换 /path/to/anaconda3 为你的实际Anaconda安装路径：
```
export PATH="/path/to/anaconda3/bin:$PATH"
```
使修改生效：保存并关闭文件后，为了让修改立即生效，运行以下命令：
```
source ~/.bashrc
```
如果你编辑的是 ~/.bash_profile，则运行：
```
source ~/.bash_profile
```
验证conda命令：现在，在终端中输入 conda --version，如果看到conda的版本信息，说明问题已经解决。

1.2.5 初始化conda 并禁止自动激活环境

在终端中运行以下命令来初始化 Conda

conda init
source ~/.bashrc

禁止自动激活conda环境

conda config --set auto_activate_base false

1.2.6可选配置

配置国内镜像加速

conda config --add channels https://mirrors.tuna.tsinghua.edu.cn/anaconda/pkgs/main
conda config --add channels https://mirrors.tuna.tsinghua.edu.cn/anaconda/pkgs/free
conda config --add channels https://mirrors.tuna.tsinghua.edu.cn/anaconda/pkgs/r
conda config --set show_channel_urls yes
conda config --set ssl_verify false  # 如果证书有问题，可以临时关闭验证

2 安装mamba

conda install mamba -n base -c conda-forge

确认安装

安装成功

3 PICRUSt2安装（通过mamba实现）

参照github官网的安装教程，使用下面的命令安装，github：安装 ·picrust/picrust2 维基

mamba create -n picrust2 -c bioconda -c conda-forge picrust2=2.6.2

中间会出现确认安装的地方

然后等待安装：

安装成功的提示如下：

运行以下命令来初始化当前的 Bash shell，使mamba可以用，不然下面的命令会报错

eval "$(mamba shell hook --shell bash)"

需要激活 picrust2环境：

mamba activate picrust2

或者使用conda命令来激活创建的picrust2环境（mamba和conda二选一激活虚拟环境即可)

comda activate picrust2

现在就已经进入picrust的环境了

4 使用示例数据运行程序

下载并解压缩文件：

wget http://kronos.pharmacology.dal.ca/public_files/picrust/picrust2_tutorial_files/chemerin_16S_arc.tar.gz
tar -xvf chemerin_16S_arc.tar.gz

运行 PICRUSt2：

picrust2_pipeline.py -s chemerin_16S_arc/seqs_arc.fna -i chemerin_16S_arc/table.biom -o picrust2_out_pipeline -p 15 --verbose

运行完成，我使用的是15线程，示例数据跑了478s，大约就是8min

查看一下输出的文件目录：

5 添加注释

添加注释信息

添加注释的前提是需要下载add_descriptions.py脚本，地址参考刘永鑫老师的github：picrust2/scripts/add_descriptions.py at master · picrust/picrust2
此外我还将add_descriptions.py上传到网盘上可以直接下载使用，需要将下载好的脚本放到Linux虚拟子系统中，我存放的路径是/home/abc，abc是自己创建的用户名，我使用的是Xftp上传的，参考Windows开启（WSL）Linux子系统并远程连接SSH - leo朵，在脚本所在的目录运行下面的命令，或使用脚本的绝对路径也可以执行（注意：要在创建的picrust环境中运行）

# add_descriptions.py添加EC、KO、MetaCyc的注释信息
add_descriptions.py -i picrust2_out_pipeline/KO_metagenome_out/pred_metagenome_unstrat.tsv.gz -m KO -o picrust2_out_pipeline/KO_metagenome_out/pred_metagenome_unstrat_descrip.tsv.gz
add_descriptions.py -i picrust2_out_pipeline/EC_metagenome_out/pred_metagenome_unstrat.tsv.gz -m EC -o picrust2_out_pipeline/EC_metagenome_out/pred_metagenome_unstrat_descrip.tsv.gz
add_descriptions.py -i picrust2_out_pipeline/pathways_out/path_abun_unstrat.tsv.gz -m METACYC -o picrust2_out_pipeline/pathways_out/path_abun_unstrat_descrip.tsv.gz

注释后的KO表格如下：

给ko添加KEGG层级信息

注释之前需要下载一个python脚本summarizeAbundance.py和一个txt注释文件KO1-4.txt ，参考地址： EasyMicrobiome/script/summarizeAbundance.py at master · YongxinLiu/EasyMicrobiome，需要将py脚本和KO1-4.txt 文件放在linux虚拟机中，我存放的路径是/home/abc，abc是自己创建的用户名

# 添加ko的通路信息
zcat picrust2_out_pipeline/KO_metagenome_out/pred_metagenome_unstrat.tsv.gz > KEGG.KO.txt
    python3 summarizeAbundance.py \
      -i KEGG.KO.txt \
        -m KO1-4.txt \
        -c 2,3,4 -s ',+,+,' -n raw \
        -o KEGG

添加注释后的文件目录：

kegg注释的表格：

参考资料：

PICRUSt2官网

PICRUSt2分析实战：16S扩增子OTU或ASV预测宏基因组、新增KEGG层级-CSDN博客

mp.weixin.qq.com/s/kumcvHWuTxbtji2D12GCFg

PICRUSt2预测群落功能-不需要biom格式otu表（重写：更新KO层级表，KEGG官网20230815版）

脚本下载

https://pan.cstcloud.cn/s/n4aSoeFZRxM

本文最后更新于2025-06-18如有失效，请留言

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THE END

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