查看: 2938|回复: 9

[转录组测序] 基迪奥特色16S+ ITS策略,实现1+1大于2的文章提升效果

  [复制链接]

中华鲟

Rank: 5Rank: 5

主题
112
注册时间
2020.6.16
在线时间
76 小时

发表于 2020.8.6 09:22:05 | 显示全部楼层 |阅读模式
在多组学飞速发展壮大的今天,一个组学已经越来越难以支撑一篇好文章。但是从单组学提升至多组学,难度可不是1+1这么简单,因为除了增加新组学的讨论分析,更重要的,我们还需要对两个组学进行深入的关联挖掘,以达到1+1>2的效果。所以一篇优秀的多组学关联分析文章,不是将各个组学结果简单罗列,而是将多组学整合关联,挖掘展现出更有价值的亮点。

基迪奥一直都在贴心地整理各种奇妙优秀的分析思路和方法,比如之前我们就分享了《如何基于“16S+宏基因组”提升文章水平?》,基于16S、宏基因组各自分析后,还可以通过组学关联,进一步给文章加分。

今天给大家分享的是16S+ITS关联分析的策略。16S+宏基因组的组合,主要是从深度上拓展微生物群落的研究,将研究引向更可靠、更精细的层面。不同的是,16S+ITS组合,主要是拓展研究广度,在研究中加入更丰富的讨论视角,即将原有单一层面的物种拓展至细菌、真菌不同界水平的微生物。

由于细菌和真菌本身的细胞结构、生态位等有很大差异,而且细菌和真菌间也存在密切关联,比如真菌分泌抗生素干扰细菌、细菌真菌竞争生存空间的物质能源等,所以二者既不相同,又有关联,共同构成了河流、水体、土壤、动植物共生菌等丰富多彩的微生物世界。开展16S+ITS的两组学分析,经济压力小,分析难度小,还可以获得更全面的研究成果,值得入手。

基于以上细菌和真菌“不相同又有关联”的特征,我们整理汇总的关联策略将主要从对比和关联两个思路展开(图1)。

图1 基迪奥16S+ITS关联分析

α多样性分析

在这里先给大家引入一个新概念:“均衡性”。一般针对物种的研究,主要探讨物种的丰富程度,但是大部分情况,细菌的多样性都比真菌丰富很多。因为直接对比,科学意义不大,有一篇文章[1]就创造性的使用比值分析,即获得每个样本细菌多样性与真菌多样性的比值。

一方面,比值本身反映均衡程度,数值越小,均衡程度越高,反之越低。另一方面,通过观察比值在分组之间的变化趋势、差异程度,我们可以了解分组间物种均衡性的变化,分析分组差异是否会对细菌与真菌的平衡状态产生影响,从而对群落内的微生物整体有进一步的了解。如图2,变异的盒型图展示了两两分组间比值的分布和差异显著性。

图2 α多样性比值差异分析盒型图(sob指数)

比值反映细菌和真菌整体的均衡性,那么具体的关联如何呢?我们可以使用pearson相关性散点图展示。如图3,点表示样本,横轴、纵轴为在两组学对应的shannon指数。图示结果中,细菌与真菌的多样性呈显著负相关(r=-0.7,p=0.002),暗示分组的处理对细菌和真菌多样性有相反的作用。

图3 α多样性相关性散点图(shannon指数)

β多样性分析

除了物种丰富程度,还可以从菌群结构层面对比。基于样本间的beta多样性指数(如,Bray-curtis距离),进行Mantel test或者Procrustes test分析,判断细菌和真菌的菌群结构变化是否相关。

区别在于,mantel test是直接分析距离矩阵的相关性,Procrustes test是分析距离矩阵降维后空间分布的相关性。二者都可以反映分组间,细菌的菌群结构变化与真菌的菌群结构变化是否相似。如图4,基于菌群结构的mantel检验,在OTU水平,显著相关,r=0.791,暗示细菌和真菌有相似的组间差异程度。如果r值很小,则说明细菌和真菌的组间差异不一致,暗示细菌和真菌不同的响应驱动机制。

图4 β多样性mantel test分析(OTU水平)

物种组成分析

在开展16S与ITS物种关联分析前,可以先整体观察各组学高丰度物种在样本中的变化趋势(图5),初步呈现物种在各分组的分布特征。

图5 16S和ITS物种分布堆叠图

物种关联分析

由于细菌和真菌共处于同一个生存空间,物种间存在关联,所以开展16S和ITS两组学分析,非常重要的一个思路就是可以探讨细菌和真菌的关系网络。开展关系网络的模型非常多,除了基迪奥其他关联报告中的O2PLS模型、Pearson模型、Spearman模型、CCA模型,今天我们详细介绍两种新模型,即sPLS模型和SparCC模型。

1.sPLS模型

sPLS,Sparse partial least squares,稀疏偏最小二乘法。该模型是对PCA、CCA、LASSO三种模型的综合运用,即将高维数据(一个物种表示一个维度)降维,提取主成分,开展相关性分析,然后使用LASSO罚分策略挑选出核心的物种。最终输出样本分布图(图6)和两组学强相关的物种集合(图7)。

如图6,样本分布特征与预期分组一致,表明分组之间的菌群结构存在差异,结果呈现和PCA类似。如图7,外圈热图表示物种在分组的丰度分布;内圈表示细菌和真菌的相关性。橙色表示正相关,蓝色表示负相关。从图形中可以整体浏览物种间呈抑制、促进的主要趋势和突出物种。

由于大家常用的物种+环境因子关联的CCA模型,环境因子数量不能超过样本总数,不适宜细菌和真菌物种数量比较多的情形。sPLS是对CCA的升级优化,因而更适宜物种间的相关性探究

图6 sPLS样本分布散点图

图7 sPLS物种相关性Circos图+热图

2.SparCC相关系数模型

经典的Pearson、Spearman模型在应用于物种的composited data(即一个样本丰度总和为1)时,相关性计算结果会失真。SparCC可以专业性地针对此类型数据进行相关性分析。应用于16S+ITS的关联分析,可以用来探讨细菌与真菌的关联。可以使用热图(图8)和网络图(图9)[2]两种形式进行展示。

图8 16S和ITS物种相关性热图

图9 16S和ITS物种SparCC相关性网络图

与sPLS不同的是,SparCC计算可以包含细菌内、真菌内的关联特征。为了更清楚的了解细菌内(within_16S)、真菌内(within_ITS)、细菌与真菌间(between)不同类型物种关联的特征,以P<0.05且相关系数绝对值大于0.5为阈值,统计不同类型物种正相关、负相关线数量及比例。

如图10,柱形图表明细菌和真菌间的关系对最多,卡方检验表明不同类型的关系数量存在显著差异,暗示该群落内细菌和真菌关系密切,对两部分微生物开展讨论有重要价值。

图10 细菌和真菌网络图统计分析

环境因子关联分析

与16S+宏基因组关联思路类似,我们可以将细菌、真菌分别与环境因子进行关联分析,绘制在同一幅图形中,更清晰直观地对比细菌、真菌与环境关联的异同。如图11。

图11  16S和ITS与环境因子关联

Tips:
以上丰富高大上的图表,都在基迪奥独家16S +ITS关联分析报告中,有没有心动呢,有兴趣的小伙伴速速联系当地销售,简单的两组学组合也可以大大提升文章研究深度哦!

参考文献:
[1]Ming Li. et. Altered Bacterial-Fungal Interkingdom Networks in the Guts of Ankylosing Spondylitis Patients. 2019. msystems
[2]Simon Lax. et. Microbial and metabolic succession on common building materials under high humidity conditions. 2019. Nature Communications

本文作者:基迪奥-小鱼儿
            

本帖子中包含更多资源

您需要 登录 才可以下载或查看,没有帐号?立即注册

x
新的一天加油!
回复

使用道具 举报

钵水母

Rank: 3Rank: 3

主题
0
注册时间
2020.6.29
在线时间
5 小时

发表于 2020.8.6 09:56:38 | 显示全部楼层
学习了!
加油!
回复

使用道具 举报

帝王蝶

Rank: 4

主题
0
注册时间
2020.2.12
在线时间
28 小时

发表于 2020.8.6 13:08:53 | 显示全部楼层
新的一天加油!
回复

使用道具 举报

迅猛龙

Rank: 8Rank: 8

主题
1
注册时间
2016.4.8
在线时间
803 小时

发表于 2020.8.6 15:22:59 | 显示全部楼层
AZASXA
回复

使用道具 举报

迅猛龙

Rank: 8Rank: 8

主题
12
注册时间
2020.4.30
在线时间
34 小时

发表于 2020.8.7 17:17:11 | 显示全部楼层
新的一天加油!
回复

使用道具 举报

迅猛龙

Rank: 8Rank: 8

主题
1
注册时间
2016.4.8
在线时间
803 小时

发表于 2020.8.8 09:09:18 | 显示全部楼层
很有用哒哒哒哒哒哒错
回复 支持 反对

使用道具 举报

迅猛龙

Rank: 8Rank: 8

主题
12
注册时间
2020.4.30
在线时间
34 小时

发表于 2020.8.8 10:54:08 | 显示全部楼层
新的一天加油!
回复

使用道具 举报

帝王蝶

Rank: 4

主题
0
注册时间
2020.2.12
在线时间
28 小时

发表于 2020.8.9 09:21:42 | 显示全部楼层
新的一天加油!
回复

使用道具 举报

中华鲟

Rank: 5Rank: 5

主题
0
注册时间
2020.1.16
在线时间
22 小时

发表于 2020.8.13 16:27:59 | 显示全部楼层
很高大上呀
回复 支持 反对

使用道具 举报

帝王蝶

Rank: 4

主题
0
注册时间
2020.2.12
在线时间
28 小时

发表于 2020.10.19 17:13:50 | 显示全部楼层
新的一天加油!
回复

使用道具 举报

您需要登录后才可以回帖 登录 | 立即注册

本版积分规则

快速回复 返回顶部 返回列表