Kraken2 vs minimap2

When to use taxonomy classification vs alignment in Nanopore analysis

Note

Public This page compares Kraken2 and minimap2 in Nanopore workflows, focusing on their roles, strengths, limitations, and how to use them together in practice.

Overview

在 Nanopore 分析中，Kraken2 與 minimap2 常常被同時提到，但它們其實回答的是完全不同的問題：

  • Kraken2：這條 read 像哪一類生物？（分類）
  • minimap2：這條 read 對 reference 的哪個位置最相似？（比對）

👉 兩者不是互相取代，而是 不同層次的工具

Core difference

Aspect Kraken2 minimap2
Type Taxonomy classifier Alignment tool
Method k-mer matching Sequence alignment
Question 這條 read 屬於哪個分類群？ 這條 read 對 reference 哪裡？
Speed 很快 中等
Sensitivity 依賴 database 依賴 reference
Output taxonomy labels alignment (SAM/BAM/PAF)
Typical use screening validation / detailed analysis

Conceptual difference

Kraken2

  • 利用 k-mer 與 database 比對
  • 給出分類（通常到 species / genus level）
  • 適合回答：

「樣本裡可能有什麼？」

minimap2

  • 將 reads 對到 reference sequence
  • 提供 alignment detail（位置、coverage、mismatch）
  • 適合回答：

「這條 read 是否支持某個特定目標？」

Workflow role

Typical Nanopore pathogen workflow

  1. FASTQ QC
  2. 🔍 Kraken2（初步篩檢）
  3. 🎯 minimap2（驗證 / alignment）
  4. downstream interpretation

👉 這是一個很常見、也很穩的 pipeline

Practical scenarios

Scenario 1：未知樣本（exploration）

👉 問題：樣本裡有什麼？

✔ 建議：

  • 先用 Kraken2
  • 找出 candidate organisms
  • 再挑重點用 minimap2 驗證

Scenario 2：已知目標（targeted detection）

👉 問題：是否有特定病原？

✔ 建議：

  • 直接用 minimap2 對 reference
  • 檢查 coverage / mapping quality
  • Kraken2 可作為輔助

Scenario 3：結果不一致

👉 Kraken2 有，但 minimap2 沒有

可能原因：

  • database bias
  • k-mer overlap（近緣物種）
  • reference 不完整
  • reads 太短或品質問題

👉 這時 不能只相信 Kraken2

Scenario 4：minimap2 有，但 Kraken2 沒有

可能原因：

  • database 沒有該物種
  • 分類停在高層級（genus / family）
  • read 數量太少

👉 這時 minimap2 反而更可信

Common pitfalls

Warning

最常見的錯誤，是把 Kraken2 當作最終答案。

  • 把 Kraken2 report 當成 definitive identification
  • 不做 alignment validation
  • 忽略 database completeness
  • 不看 read count / coverage
  • 不使用 negative control

Best practice

Tip

Kraken2 用來找方向，minimap2 用來確認證據。

建議 workflow：

  • Step 1：Kraken2 → 找 candidate
  • Step 2：minimap2 → 驗證 alignment
  • Step 3：整合 read count、coverage、control

Suggested visualization

可以加的圖（很值得放）：

🖼️ 圖 1：Workflow diagram（強烈推薦）

👉 用 Mermaid（直接放在 qmd）

flowchart LR
    A[FASTQ reads] --> B[Kraken2 classification]
    B --> C{Candidate detected?}
    C -->|Yes| D[minimap2 alignment]
    C -->|No| E[Review QC / database]
    D --> F[Coverage / validation]

👉 這張圖會讓整頁「一秒懂」

🖼️ 圖 2：Concept difference（選用）

之後可以自己畫或用簡單示意：

  • Kraken2：k-mer match（碎片）
  • minimap2：alignment（整段對齊）

👉 搜尋關鍵字：

k-mer matching diagram
sequence alignment diagram long read

🖼️ 圖 3：結果對比（進階）

之後可以加：

  • Kraken2 report（bar chart）
  • minimap2 coverage plot

👉 讓這頁變成教學等級

Quick takeaway

Tip

Kraken2 與 minimap2 並不是競爭關係，而是互補工具。
Kraken2 適合快速分類與探索，minimap2 適合精確比對與驗證。
在 Nanopore workflow 中，最穩定的策略通常是：先用 Kraken2 找方向，再用 minimap2 確認。