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[宏基因组] 你有没有见过这种尖尖的、三角形的、看起来很有品的图?

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发表于 2020.4.26 09:55:44 | 显示全部楼层 |阅读模式
数据结果的展示是一篇文章的重点,通常会使用到不同类型的图形展示数据挖掘的结果。高分期刊更是“看脸”,对于图形的“颜值”有着更高的要求,“颜值”评判标准在于:图形能否直观表现背后的表格数据、图形能否突出后文的讨论重点、图形整体观感是否简洁易懂。

如果你有三组数据,需要对它们进行比较展示时,普通图形常出现比较结果不直观、数据太多无法突出重点等问题,作为“几何美学”的代表——三元图,它的出现解决了三组数据结果展示面临的困境。

三元图(Ternary Plot)广泛用于三个分组数据比较、筛选,通过三元图可以直观展示数据在三个分组的分布情况,高效率地筛选离群元素,同时配合方差分析等统计检验方法可以找到不同分组中显著富集的元素。

图1 三元图示例

三元图由三个坐标轴组成等边三角形,轴上数值代表对应分组占比数值,三个顶点标注的信息代表对应的三个分组,图中的点代表单个物种(或OTU、基因、表型指标等),点的位置由该物种在三个分组中的数据占比构成对应坐标,点的大小通常表示对应元素在三个分组的丰度均值。

通过图中点的位置信息就能直观展示物种在三个分组的占比情况,点越靠近某个顶点则代表物种在对应分组中占比越大。在微生物研究文章中,三元图可用于物种组成、功能分析、差异分析等结果的展示。

当前微生物研究使用的三元图个人将它分为两种类型:元素分布型元素富集型

1.元素分布型三元图

元素分布型三元图研究主体为图中的点,即元素,每个元素都有对应的图例。如在微生物群落分析中,常需要展示不同分组各物种、OTU等分布特征,以16s 扩增子测序分析中的物种组成分析为例,若采用柱形图、箱线图等方式来展示结果,则不同的分类水平,需要展示几十到几百个柱子,对于物种分布、不同分组中的占比信息并不能直接展示。

通过三元图则能直观呈现三个分组中元素的分布情况,对于筛选特定分组高丰度、高占比的物种,讨论某些关键微生物的分布、占比情况,或是在各类梯度分组中从整体上比较物种随处理梯度的变化而产生的相应变化,讨论不同梯度微生物群落结构组成的变化趋势十分便捷。可以在三元图的基础上增加标注,将关键元素(如:病原、产酸、固氮等类型微生物)进行突出展示,讨论某类元素在分组间的变化趋势(如图2)。

在宏基因组测序中,可以利用三元图展示三个分组中鉴定出的基因分布情况(图3)。将所有基因注释到各通路上,依据基因丰度设置图中点的大小,注释到不同通路设置为不同颜色,通过三元图就能判断出各分组中不同类型基因的分布趋势及各类型基因的丰度大小。

图2 微生物物种分布(Microbiome,2019)[1]  


图3基因分布(Microbiome,2019)[2]

2.元素富集型三元图

元素富集型则是以分组为研究目标,讨论三个分组的元素分布情况,图形一般仅包含在三个分组中富集的元素以及未富集的灰色元素。元素的大小同样由三个分组的丰度均值(如图4中气泡大小为otu在的三个分组的均值)决定,元素的颜色则表示富集到的分组信息,富集由统计检验(例如:方差分析)设置的阈值(常见阈值:q值<0.05)进行判断。通过富集型三元图就能够直观判断每个分组富集到的元素的数量和元素的大小。

在土壤微生物领域的研究中,常见不同类型土壤环境微生物群落比较分析,通过富集型三元图能够直观展现三个分组富集到的OTU数量,OTU的平均丰度,从而判断哪种土壤环境的微生物数量更加丰富。在图上,某个分组富集到的元素表现出更加靠近对应分组顶点的分布趋势。同时,某些点虽然靠近分组顶点,却没有达到富集阈值,可能是由于组内数据重复性差导致的。

图4 OTU富集呈现(ISME,2017)[3]

图形绘制

三元图好看又高大上,但实际不需要编程基础,你也可以做出来~我们基迪奥的在线工具平台Omicshare云平台早早上线了三元图的在线工具,使用方法也非常简单,大家可以参考下面这篇文章:《Omicshare云平台可以在线绘制三元图啦!》

小结

三元图是一种高效率的可视化图形,呈现的信息密度高,有利于微生物研究中三个分组多元素的数据比较。元素分布型三元图研究元素组成,主要用于物种/OTU/功能等组成分析,直观呈现元素的丰度均值,在三个分组中的分布等,可用于关键元素的初步筛选过程。元素富集型三元图则是以分组为单位,研究三个分组的元素聚集情况,常结合统计检验,分析各组中富集到的元素。

参考文献
[1] Wang, Y., Niu, Q., Zhang, X. et al. Exploring the effects of operational mode and microbial interactions on bacterial community assembly in a one-stage partial-nitritation anammox reactor using integrated multi-omics. Microbiome 7, 122 (2019).
[2] Sáenz, J.S., Marques, T.V., Barone, R.S.C. et al. Oral administration of antibiotics increased the potential mobility of bacterial resistance genes in the gut of the fish Piaractus mesopotamicus. Microbiome 7, 24 (2019). https://doi.org/10.1186/s40168-019-0632-7
[3]Dombrowski, N., Schlaeppi, K., Agler, M. et al. Root microbiota dynamics of perennial Arabis alpina are dependent on soil residence time but independent of flowering time. ISME J 11, 43–55 (2017).


本文作者:基迪奥-阿拉雷

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中华鲟

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发表于 2020.4.26 10:18:16 | 显示全部楼层
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迅猛龙

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发表于 2020.4.26 10:38:31 | 显示全部楼层
这个能用于交互作用转录组的比较结果么?貌似可以往这个方向开发一下~就看差异基因表达情况的分布,偏好等!~
搞定搞定!!
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发表于 2020.4.26 15:43:19 | 显示全部楼层
XMU-WXW 发表于 2020.4.26 10:38
这个能用于交互作用转录组的比较结果么?貌似可以往这个方向开发一下~就看差异基因表达情况的分布,偏好等 ...

可以的。比如展示3组转录组的表达量分布。工具都是一样的,只是输入的数据不同,对应的生物学意义就不同。
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钵水母

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发表于 2020.4.27 08:49:22 | 显示全部楼层
漂亮
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钵水母

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发表于 2020.4.27 15:14:04 | 显示全部楼层
谢谢,学到了很多
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钵水母

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发表于 2020.5.12 16:35:40 | 显示全部楼层
谢谢,学习了呀
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帝王蝶

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发表于 2020.5.16 23:44:40 | 显示全部楼层
长知识了,谢谢
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草履虫

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发表于 2020.5.21 09:15:54 | 显示全部楼层
确实漂亮
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钵水母

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发表于 2020.5.21 09:56:33 | 显示全部楼层
很漂亮,谢谢,学习了!
真是太难了。。。GO
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草履虫

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发表于 2020.5.21 21:30:38 | 显示全部楼层
好好看
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钵水母

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发表于 2020.5.23 11:49:00 | 显示全部楼层
厉害,涨知识啦~
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