GTDB 分类学框架

GTDB (Genome Taxonomy Database) 是基于全基因组系统发育的标准化原核生物分类框架，正在逐步取代传统的 16S rRNA 分类体系。

为什么需要 GTDB？

传统分类学存在几个问题：

• 16S rRNA 分辨率不足: 无法区分属/种级别（如大肠杆菌和志贺氏菌 16S 相似度 >99%）
• 分类不一致: 不同数据库的分类标准不统一
• 未培养微生物缺失: 传统分类依赖纯培养

GTDB 通过全基因组平均核苷酸一致性 (ANI) 和系统发育分析解决这些问题。

GTDB 的核心概念

分类框架

级别	命名规则	说明
领 (Domain)	标准命名	细菌/古菌
门 (Phylum)	标准命名
纲 (Class)	标准命名
目 (Order)	标准命名
科 (Family)	标准命名
属 (Genus)	标准命名
物种 (Species)	ANI ≥ 95%	基于基因组相似度定义

物种定义：ANI

GTDB 使用 平均核苷酸一致性 (ANI) 定义物种边界：

ANI ≥ 95% → 同一物种
ANI < 95% → 不同物种

这比传统 DDH（DNA-DNA 杂交）的 70% 标准更精确。

命名规则

• GTDB 使用占位符名称 (placeholder names) 标记未正式命名的分类单元
• 格式：g__ (属) s__ (种)
• 例如：s__GGB12345 表示一个未命名的物种

GTDB-Tk 使用

基本流程

# 1. 下载 GTDB 参考数据 (~85GB)
gtdbtk classify_wf --genome_dir genomes/ --out_dir output/ --cpus 16

# 2. 或分步运行
gtdbtk identify --genome_dir genomes/ --out_dir identify/
gtdbtk align --identify_dir identify/ --out_dir align/
gtdbtk classify --align_dir align/ --out_dir classify/

输出解读

# 输出文件: gtdbtk.bac120.summary.tsv
user_genome           classification                                fastani_reference  fastani_ani  fastani_af
bin.1                 d__Bacteria;p__Firmicutes;c__Bacilli;...      GCF_00012345.1     98.5         0.95
bin.2                 d__Bacteria;p__Proteobacteria;...             GCF_00067890.1     97.2         0.90

GTDB 版本

版本	日期	基因组数	物种数
R220	2024-04	852,000+	121,000+
R214	2023-04	400,000+	85,000+
R207	2022-04	258,000+	65,000+

与 NCBI 分类的差异

特性	GTDB	NCBI Taxonomy
物种定义	ANI ≥ 95%	混合标准
基于	基因组系统发育	混合（16S + 基因组）
未培养微生物	包含	部分包含
命名	占位符	标准命名
更新频率	每年	持续

相关概念

• 宏基因组组装基因组 (MAG)
• GTDB-Tk
• CheckM2

参考文献

1. Parks et al. (2018) A standardized bacterial taxonomy based on genome phylogeny substantially revises the tree of life. Nature Biotechnology. DOI: 10.1038/nbt.4229
2. Chaumeil et al. (2022) GTDB-Tk v2: memory friendly classification with the Genome Taxonomy Database. Bioinformatics. DOI: 10.1093/bioinformatics/btac672

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最后更新: 2026-03-30