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欧易打造微生物多样性描述葵花宝典(上)
人阅读 发布时间:2021-09-15 18:06
相信很多老师收到微生物多样性结果后,都会有迷茫、无从下手的感觉,虽然每个分析都有各自的特点,却不知如何组合搭配,描述形成一篇完整的文章。因此,根据不同研究背景、样本类型等情况,小编整理了含金量极高的微生物多样性 Result 描述及分析结果呈现形式,今天分享其上半部分:
一、数据和 OTU 统计
该部分经常出现在多样性结果的首段,主要目的就是概述测序的基本情况。通常采用数据统计表格或直接文字描述的形式(如下表),其中原始测序主要描述测序数据量和片段长度等信息,数据量选择 Reads 或 Tags 之一即可。OTU 统计可描述总数量和共有、特有数量,也可配合韦恩图展示。其他方面例如长度统计、有效数据百分比等信息,是否描述可自行考量。如正文不方便展示,也可考虑放入附件。
二、群落结构
群落结构主要用于呈现整体微生物构成,展示优势菌群等信息,该部分内容在文章中应用较多。呈现形式多由群落组成柱状图或 Heatmap 图等组成(如下图),柱状图是根据物种的相对丰度百分比进行绘制,Heatmap 是根据统计分析的相对丰度信息绘制,两种图呈现一种即可,其中比较常用的分类水平是门和属。至于要以样本为单位,还是以组为单位作图,可以根据实际研究目的来判断,没有明确的要求。结果描述方面,可以对某几类重要的菌群信息及功能进行概括。
(上图描述示例:为了跟踪 CIH 诱导的微生物群落变化,评估 CIH 诱导小鼠中的优势菌门的结果发现,Bacteroidetes, Firmicutes, Actinobacteria 和 Proteobacteria 是 CIH 诱导 AS 小鼠肠道环境中最丰富的门。在存在或不存在 CIH 的 AS 小鼠中也检测到类似的变化,包括 Bacteroidetes 丰度降低和 Firmicutes 增加。结果表明,CIH 对 Actinobacteria 和 TM7 的丰度有较强的促进作用[2]。)
三、Alpha 多样性
对于生态学的重要指标,Alpha 多样性主要用于分析反映生物环境内物种的多样性程度。Alpha 多样性有多个指数,不同指数对于衡量群落多样性的侧重点不同,并且各指数的意义以及计算方法不同,具体特点在欧易网页版报告中有详细介绍,位置如下:
老师可以根据具体研究情况选择,比较常用的是 Observed Species 和 Chao 指数描述丰富度,Shannon 和 Simpson 指数描述多样性。在近年文章使用较多为多样性表格和箱线图(或小提琴图)等(如下图),通过不同算法计算组间指数差异性是否显著,如显著说明组间物种在这个指数是有显著变化,如组间差异不显著,并不说明没有研究意义,可以根据后续差异筛选结果进一步探讨。描述信息可以分别根据不同指数反应的意义及变化为出发点,例如 Chao 指数在实验组中明显升高,推测该组的微生物丰富度有较大提升,预示处理后菌群的显著变化。
(上图描述示例:Alpha 多样性分析表明,AS 小鼠的 Shannon 和 Simpson 多样性指数显著低于 WT 小鼠[2]。)
(上表描述示例:8days 和 45days 丰富度(OTU 和 Chao1)和多样性(Shannon)均高于 0days,说明其细菌种类较多。此外,8days 和 45days EG 的丰富度和多样性均高于 CK,说明 NRMA 提高了堆肥生态系统的丰富度和多样性[4]。)
四、Beta 多样性
相较于 Alpha 多样性,Beta 多样性主要用于分析组内和组间差异,确认分组的差异显著性。如组内差异小、组间差异大,证明样本的选取比较理想;如果不满足,主要考虑样本个体化差异、组间变化不明显等因素。Beta 多样性常见分析方法包括 PCA、PCoA、NMDS、UPGMA,其中 PCoA、UPGMA 和 NMDS 分析包含 5 种距离算法,具体介绍在欧易网页版报告位置如下:
关于 Beta 多样性的结果,文章较多应用 PCoA 和 NMDS 分析(如下图),具体的算法主要是根据研究目的来选择,理想情况即为组内差异小距离近,组间差异大距离远。如需评估组间差异的显著性程度,建议可以根据 Adonis 差异 p 值结合 PCoA 或 NMDS 结果分析,p 值小于 0.05 认为分组在统计学上有差异显著性,R2 表示分组对样本间差异的解释度,R2 值越大表示分组对差异的解释度越高。描述内容可以考虑突出不同处理组中差异较为显著,例如某距离算法中,PCoA 结果显示不同处理组间 Beta 多样性存在显着差异,且 Adonis 统计数据显示差异具有统计学显著性。
(上图描述示例:使用 Bray-Curtis 相似性指数,观察到四组的 Bulk 和 Rhi 之间的 Beta 多样性存在显著差异(分别为 p=0.002、0.06、0.005 和 0.006)。Adonis 统计数据显示,在 CK 的 Bulk 和 Rhi 土壤中,R2 值为 0.57,而在其他三个地点的土壤之间的 R2 值较高,为 0.67~0.83[5]。)
以上四部分涉及到分析小工具链接如下,老师可以根据需求进行个性化处理:
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韦恩图小工具链接:https://cloud.oebiotech.cn/task/detail/venn/
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柱状图小工具链接:https://cloud.oebiotech.cn/task/detail/topavg_barplot-oehw/
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Heatmap 小工具链接:https://cloud.oebiotech.cn/task/detail/heatmap/
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箱线图小工具链接:https://cloud.oebiotech.cn/task/detail/alpha-box-plot-oehw/
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PCoA 分析小工具链接:https://cloud.oebiotech.cn/task/detail/principal_co-ordinates_analysis/
今天分享的四部分包括数据 OTU 统计、群落结构、Alpha 多样性和 Beta 多样性,老师可以根据文章需求进行多项选择。下次小编会带来差异筛选、关联分析和功能预测方面的描述建议,欢迎各位老师持续关注。
参考文献
[1] Hui YA, Xin YA, Lf A, et al. Dynamics of denitrification performance and denitrifying community under high-dose acute oxytetracycline exposure and various biorecovery strategies in polycaprolactone-supported solid-phase denitrification[J]. Journal of Environmental Management, 2021.
[2] Hu CW, Wang P, Yang YY, et al. Chronic Intermittent Hypoxia Participates in the Pathogenesis of Atherosclerosis and Perturbs the Formation of Intestinal Microbiota[J]. Front Cell Infect Microbiol, 2021.
[3] Yang L, Kan JJ, Yang J, et al. Bacterial Community Composition and Chromophoric Dissolved Organic Matter Differs with Culture Time of Skeletonema dohrnii[J]. Diversity, 2021.
[4] Qiu Z, Li M, Song L, et al. Study on nitrogen-retaining microbial agent to reduce nitrogen loss during chicken manure composting and nitrogen transformation mechanism[J]. Journal of Cleaner Production, 2020.
[5] Song L, Pan ZZ, Dai Yi, et al. Characterization and comparison of the bacterial communities of rhizosphere and bulk soils from cadmium-polluted wheat fields[J]. PeerJ, 2020.
[6] Fu L, Lu Y , Tang L, et al. Dynamics of methane emission and archaeal microbial community in paddy soil amended with different types of biochar[J]. Applied Soil Ecology, 2021.