宏基因组(Metagenome)是由 Handelsman 等在1998 年提出的新名词,其定义为“the genomes of the total microbiota found in nature”,即环境中全部微小生物遗传物质的总和。它包含了可培养的和未可培养的微生物的基因,目前主要指环境样品中的细菌和真菌的基因组总和。而所谓宏基因组学(Metagenomics)就是一种以环境样品中的微生物群体基因组为研究对象,利用新一代高通量测序技术(NGS)研究环境微生物的群落结构、物种分类、系统进化、基因功能及代谢网络等,是近年来热门且活跃的一个研究领域
宏基因组学中的物种组成分析是一种分析方法,用于确定环境样本中存在的微生物种类及其相对丰度。这种分析通常基于从样本中获得的DNA序列数据,通过对这些数据进行处理和分析,来识别样本中存在的微生物种类及其相对丰度。物种组成分析可以帮助研究者了解样本中微生物的多样性和群落结构,评估微生物多样性,比较不同样本之间的微生物组成差异,以及探索微生物与宿主、环境之间的相互作用关系。
宏基因组数据挖掘离不开基于相对丰度表进行样本的物种信息展示,从而对样本的物种组成进行分析。联川苍穹宏基因组云分析平台物种组成分析模块主要调用的文件是:含有物种注释信息的相对丰度表。
(1)首先,在点进联川苍穹宏基因组云分析平台的物种注释模块之后,我们增加了不同的功能可以进行多样化自主绘图,如可以选择不同的域,不同的层级,以及是否关注unclassified条目等。
(2)进一步,联川苍穹还增加了检索功能,同时也能够在线查看检索结果,便于快速准确获取所关注的物种,同时还能够将检索到的结果以文本、Excel表格等多种文本下载。
(3)最后,联川苍穹就物种组成注释结果提供了三种不同的展现方式:聚类热图、柱状堆叠图、聚类柱状堆叠图,可自主选择合适的展示方式。同时绘图界面也提供了更多自主定义的绘制选项,如,可以自定义分组的绘图顺序,更改颜色方案,标题文字与字号以及自定义输出的图片尺寸等,以上的选项使得联川苍穹在自定义绘图方面更加直观和便捷。
目前联川苍穹宏基因组云分析平台绘制物种组成分析的图形主要有三种
(1)聚类热图
一般而言,热图(Heatmap)就是将一个数据矩阵中的数字直接转化为颜色,【联川苍穹】中的聚类热图(Clustered Heatmap)通过对相对丰度表进行预处理(按物种行归一化,提高可比性)后对物种进行聚类(便于寻找分布模式类似的物种)展示,因此可以直观的比较某一物种在不同样本/分组中的丰度差异,注意按物种行归一化提示该热图仅能横向比较,纵向比较无意义。
(2)柱状堆叠图
与传统的柱状图相比,柱状堆叠图(Stacked Bar Chart)以柱子中的堆叠块展示不同分类下的数值,因此柱状堆叠图可以直观的展示和比较某一物种在不同样本/分组中的相对丰度差异(横向看)和在关注样本/分组中各个物种的相对丰度差异(纵向看)。
(3)聚类柱状堆叠图
聚类柱状堆叠图(Clustered Stacked Bar Chart)是聚类树与柱形图结合,既可反映样本或分组间物种组成的相似性,又能展示样本内的物种组成信息,能够在图中反馈更多的信息。图左侧聚类图通过聚类算法能够将物种组成相似的分组聚为一支,可以直观清晰且快速判断不同样本或分组之间那些的物种组成更为相似,同时又能够通过柱状堆叠图直接观察到相似或者差异的物种是哪些。
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