[发明专利]一种定义和度量生物集合群落物种特异度之多样性的概念和方法

说明书

本发明涉及生物群落物种多样性和集合群落物种特异度的评估方法，发明一种全新的“物种特异度之多样性”的概念和定量评估方法。新发明能够综合“物种分布多度”和“分布范围”的信息，同时对物种的稀缺程度(或常见程度)之间的异质作出定量评估。发明所涉及的生态群落包括宏观生态群落和微生物生态群落(特别是人体菌群)。本发明能够：①确定群落的核心物种，以此将群落分类(分型)。②比较集合群落间的差异，鉴定(监测)集合群落中的特殊物种。③通过对核心物种或特殊物种的监测，为诊断菌群相关疾病、预测其发生风险和干预治疗提供科学的预测和决策指标。本发明也可应用于农作物、经济作物等宏观生态群落中病虫害的预测、监测和防治决策中。

技术领域

本发明涉及生态群落生物物种多样性和集合群落物种特异度评估方法，特别是发明一种全新的“物种特异度之多样性”指数。并采用物种特异度对物种的稀缺程度进行定量评估。物种特异度可用于确定不同集合群落的核心物种，通过核心物种进行分类(分型)。根据物种特异度以及“特异度之多样性”可用于比较不同集合群落之间的差异，以及同一物种在不同集合群落之间的差异。在人体微生物菌群群落中，可用于诊断菌群相关疾病或预测其发生风险，为进行干预治疗提供科学的决策指标。在宏观生态群落中，该方法可用于农作物、蔬菜、果园、经济林病虫害的预测和防治的科学决策中。

背景技术

群落中物种多样性是描述群落状态的基本指标，多样性不仅描述了群落中物种的数量，还反映出其各组成物种个体数量间的差异(也即相对丰富度)。但是通过物种多样性比较群落之间的差异存在一个较大的缺陷，即忽略了各个物种本身的不同，而仅能描述物种间在数量之间的差别。例如，多样性指数并没有反映物种在分布范围这一重要特征的差别。这一缺陷在群落水平并非致命，但在集合群落水平则成为难以容忍的致命缺陷。集合群落(Metacommunity)可以简单的理解为“群落的群落”；即群落由物种组成，而集合群落由群落组成。显然在集合群落水平，物种在各个集合群落之间的差异不仅表现在相对丰度方面，还应表现在其分布的广泛程度方面。因此在评估物种多样性和物种各自的特异度时应该综合考虑以上两方面因素。本申请所揭示的发明-“物种特异度之多样性”不仅为解决上述难题奠定了理论基础，而且建立了一系列具有重要实际应用价值的应用技术。

在人体微生物菌群群落中，对微生物物种多样性以及特异度的综合评估应用于对人体菌群相关疾病的诊断和其发生风险的预测。人体肠道、口腔、皮肤、呼吸道、生殖道系微生物菌群主要的“驻扎”部位，它们与人体的健康和疾病息息相关。分布在这些部位的成千上万种微生物携带了大量的基因信息，它们所的携带的基因数量甚至远远超过了人体自身的基因数量。自2001年来，“人类基因组计划”的完成极大的促进了测序技术的飞速发展和应用，测序技术已被广泛应用于生命科学和生物技术的各个领域。宏基因组测序技术就是针对微生物菌群的测序方法，该方法使得对海量的微生物进行物种鉴定和遗传信息分析成为可能。2007年，美国国立卫生研究院(NIH)发起“人类微生物菌群研究计划(HMP)”，旨在研究人体微生物菌群的组成及其对人体疾病的影响。2016年5月，美国白宫宣布启动“国家微生物行动计划(National Microbiome Imitative：NMI)”。美国后一计划(NMI)与已经完成的HMP计划的区别在于，最新的NMI计划强调“行动”特别是技术开发和产业化。欧盟也有类似的研究计划(MetaHIT)，并取得了类似程度的成功。2016年10月，中国科学院组织相关专家筹备论证开展中国的微生物组研究计划，发明人受邀参加了本次会议。可以预见，国内外对微生物菌群的研究竞争将更趋激烈。