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ARB 7.0: Verbesserte Software für große rRNA-Datenbanken und phylogenetische Stammbäume
10.11.2021
ARB ist die Abkürzung für "arbor", das lateinische Wort für Baum. Und genau wie ein Baum wächst und verzweigt sich ARB immer weiter.
Die ARB-Software dient einer schnellen und hochwertigen Analyse von Sequenzdaten der ribosomalen RNA (rRNA). Von Anfang an war sie darauf ausgerichtet, der raschen Zunahme verfügbarer rRNA-Sequenzdaten, z. B. aus Umweltproben, und der zunehmenden Bedeutung von rRNA-basierten Analysen gerecht zu werden. Forschende können die gesamte Software sowie die dazugehörigen Datenbanken kostenlos nutzen.
ARB ist das einzige integrierte Programmpaket, das bis zu mehrere Millionen rRNA-Sequenzen gleichzeitig verarbeiten kann. Es ist ein ideales Werkzeug für Fachleute mit mannigfaltigen Möglichkeiten für den Import von Sequenz- und den dazugehörigen Metadaten sowie für die automatische und manuelle Sequenzanordnung (alignment). Je nach Bedarf wird eine zentrale Sequenzdatenbank mit jeder Art von verknüpften zusätzlichen Daten entweder nach der Phylogenie oder anderen benutzerdefinierten Kriterien strukturiert. ARB berechnet phylogenetische Stammbäume mittels verschiedener Berechnungsmodelle und hilft bei der Erstellung von Konsensbäumen aus mehreren individuellen Rekonstruktionen. Seit seiner ersten Version hat sich ARB schnell und weit in der wissenschaftlichen Gemeinschaft verbreitet, eindrucksvoll belegt durch über 6300 Zitierungen. „Nach drei großen Updates zwischen 2005 und 2014 sind wir zu einem fortlaufenden Update-Schema übergegangen, bei dem ständig neue Funktionen eingebaut wurden“, erklärt Chefentwickler Ralf Westram. „Nach erheblichen Investitionen in die Stabilität des Codes ist es nun aber an der Zeit, eine neue und stabile Version zu veröffentlichen, der wir die Versionsnummer 7.0 gegeben haben.“ Viele neue Funktionen verbessern in ARB 7.0 die Handhabung und die Pflege von Sequenzdaten und Stammbäumen. „Wir haben mehrere neue Funktionen implementiert und bestehende ergänzt und verbessert, um den Bedürfnissen der Forschenden optimal gerecht zu werden.“ Zusätzlich gibt es nun die Möglichkeit einer MAC-Portation. Die neue Version wurde am 01. September 2021 veröffentlicht.
„Mit diesem neuen und umfangreichen Update wird die Analyse von rRNA-Sequenzen wesentlich vereinfacht. Forschende in zahlreichen Fachbereichen von der Grundlagenforschung bis zur Biotechnologie werden davon erheblich profitieren“, betont Wolfgang Ludwig, der Gründer von ARB.
Das ARB-Projekt wurde vor fast drei Jahrzehnten im Jahr 1992 an der Technischen Universität München gestartet. Seit 2014 wird es von der Abteilung Molekulare Ökologie am Max-Planck-Institut für Marine Mikrobiologie in Bremen in Zusammenarbeit mit der Ribocon GmbH fortgeführt.
Teilnehmende Personen:
Von Ribocon GmbH, Bremen, Deutschland:
Ralf Westram,
Jörg Peplies, Ribocon GmbH, Bremen, Deutschland
Vom Max-Planck-Institut für Marine Mikrobiologie, Bremen, Deutschland:
Bernhard Fuchs, Katrin Knittel, Jan Gerken, Frank Oliver Glöckner*, Rudolf Amann, Wolfgang Ludwig
* jetzt am Alfred-Wegener-Institut Helmholtz-Zentrum für Polar- und Meeresforschung, Bremerhaven, und an der Universität Bremen
Weiterführende Links:
Silva, die offizielle Datenbank des Softwarepakets ARB, ist eine umfassende Online-Ressource für hochwertige und strukturierte ribosomale RNA (rRNA)-Sequenzdaten. Sie bietet qualitätsgeprüfte und regelmäßig aktualisierte Datensätze von Sequenzalignments der kleinen (16S/18S, SSU) und großen Untereinheiten (23S/28S, LSU) für alle drei Domänen (Bakterien, Archaea und Eukarya).
LTP steht für "The All-Species Living Tree"-Projekt, das 2007 als Gemeinschaftsprojekt der Arbeitsgruppe Molekulare Ökologie des Max-Planck-Instituts für Marine Mikrobiologie, der Arbeitsgruppe Marine Mikrobiologie des IMEDEA, des Lehrstuhls für Mikrobiologie der TUM und mit Unterstützung von Elsevier, Herausgeber der Zeitschrift Systematic and Applied Microbiology, ins Leben gerufen wurde. Ziel des Projekts war es, eine hochkuratierte Datenbank aller verfügbaren 16S rRNA-Gensequenzen der Stämmen von Bakterien und Archaeen zu erstellen sowie die robustesten Phylogenien mit Hilfe des in ARB implementierten universellen Alignments zu rekonstruieren. Während der fast 15-jährigen Zusammenarbeit wurde das LTP regelmäßig aktualisiert, um das beste Werkzeug für genealogische Rekonstruktionen zu taxonomischen Zwecken zu bieten.
Highlights from the new release:
1.) curation of phylogenetic trees:
tree calculation
- navigation within trees with hot-keys
- improvements in ARB Parsimony algorithm to reduce “branch attractions” by handling and adding sequences individually
- adding single sequences into an existing tree using the RaxML method
- included a search tool for searching taxonomic groups within and across trees and finding duplicated entries (need for introducing “selected group” similar to “selected species”)
- calculate and search for “average in-group distance” AID
- tree rooting: solved the problem of “keeled groups” when merging and manual curating trees
- configuration of “move group names” was introduced and extended by moving criteria (penalty system)
tree visualization
- comparison of different trees by (1) colorization of different parts of the tree (“topology shading”), (2) synchronized scrolling of two trees in parallel, (3) synchronize tree roots, added display of diagonal tree branches and other tree visualization options
- improved visualization of bootstrap values in the tree
2.) Sequence handling
- flagging sequences in ARB-Sequence Editor setting up to three definable check boxes (“species flags”)
- improved import/export tool with preview function
- corrected “positional variability by parsimony” (PVP) for proteins
- metadata can be transferred and imported individually using predefined sets of rules
- different sequence associated information (SAI) can be logically combined
All functions are documented in the help text files, which are accessible in the respective menus. All help text files are also searchable and available here: http://help.arb-home.de/arb.html and here http://help.arb-home.de/help_index.html