2021-03-22
對于QIIME 2云分(fen)析(xi)，我們(men)悉心整理了各個分(fen)析(xi)模塊中的(de)熱點(dian)分(fen)析(xi)內容，推(tui)出了“5分(fen)鐘小課堂系列(lie)”。此前已帶來(lai)了，對物種組成分(fen)(fen)析(xi)(xi)(xi)(xi)和(he)Alpha多樣(yang)性分(fen)(fen)析(xi)(xi)(xi)(xi)兩大模塊進行了(le)解讀。今天我(wo)們將對Beta多樣(yang)性分(fen)(fen)析(xi)(xi)(xi)(xi)進行解讀，希望(wang)可以幫助大家更好地理(li)解微(wei)生(sheng)物組測序分(fen)(fen)析(xi)(xi)(xi)(xi)的(de)結果哦~
Beta多(duo)樣性分(fen)析(xi)主要用(yong)于(yu)比較各樣本中微生物群(qun)落(luo)整體結構的差異(yi)。通過(guo)QIIME 2云分(fen)析(xi)，我們共計算了4種(zhong)常見(jian)的Beta多(duo)樣性距離，每種(zhong)距離可(ke)用(yong)于(yu)Beta多(duo)樣性分(fen)析(xi)，但(dan)都(dou)有針(zhen)對性的應用(yong)場景(jing)。對于(yu)這(zhe)4種(zhong)距離的介紹(shao)，可(ke)以參見(jian)“附錄 / 附表 / Beta多(duo)樣指數簡介”：
具體的分析(xi)內容(rong)，主要(yao)包括(kuo)PCoA分析(xi)、NMDS分析(xi)、層次聚類分析(xi)和組間差異分析(xi)：
1、距離矩陣與PCoA分析
PCoA分(fen)析中即我們常見的(de)(de)主坐(zuo)標(biao)分(fen)析，一般通過二維或三維散點圖來進行展(zhan)示(shi)。圖中，每個點代表(biao)一個微(wei)生物(wu)群落樣(yang)(yang)本，不同樣(yang)(yang)本或分(fen)組用不同顏(yan)色/圖形表(biao)示(shi)，點與(yu)點在坐(zuo)標(biao)軸(zhou)上的(de)(de)投影距離越遠，則對應兩(liang)個群落樣(yang)(yang)本中的(de)(de)整體組成結構差(cha)異越大。同時，坐(zuo)標(biao)軸(zhou)括號中的(de)(de)百(bai)分(fen)比(bi)，代表(biao)了對應的(de)(de)坐(zuo)標(biao)軸(zhou)所能解(jie)釋的(de)(de)樣(yang)(yang)本差(cha)異數據(ju)（距離矩陣(zhen)）的(de)(de)比(bi)例。
比如下圖中A組與B組的(de)群(qun)落(luo)樣(yang)本(ben)(ben)，在PCoA1軸上(shang)的(de)投影(ying)距離較(jiao)遠，但在PCoA2軸上(shang)的(de)投影(ying)距離很近，表(biao)明兩組群(qun)落(luo)樣(yang)本(ben)(ben)在第一軸的(de)維(wei)(wei)度(du)(du)上(shang)具有較(jiao)大差(cha)異，但在第二(er)軸的(de)維(wei)(wei)度(du)(du)上(shang)卻很相似；第一軸解釋(shi)了約22.2%的(de)樣(yang)本(ben)(ben)間差(cha)異，而(er)第二(er)軸則解釋(shi)了約18.3%的(de)樣(yang)本(ben)(ben)間差(cha)異。
當然(ran)，我們(men)也(ye)可(ke)以通過QIIME 2專有的QZV文件(jian)，在網(wang)站(zhan)中(zhong)（//view.qiime2.cn/）實現三維(wei)可(ke)視化展示（具體操作(zuo)可(ke)參見：）。
2、NMDS分析(xi)
NMDS分析(xi)即非量(liang)(liang)度(du)多維(wei)尺度(du)分析(xi)，與PCoA相似(si)，每(mei)個(ge)點代表(biao)一個(ge)群(qun)落(luo)樣(yang)(yang)(yang)本(ben)，不(bu)(bu)同(tong)(tong)樣(yang)(yang)(yang)本(ben)或(huo)分組用(yong)不(bu)(bu)同(tong)(tong)顏色/圖形(xing)表(biao)示。與PCoA不(bu)(bu)同(tong)(tong)的(de)是，NMDS分析(xi)不(bu)(bu)用(yong)參考(kao)投影(ying)距(ju)離，而是直(zhi)接通過樣(yang)(yang)(yang)本(ben)之間(jian)(jian)直(zhi)線距(ju)離的(de)遠(yuan)近，衡(heng)量(liang)(liang)群(qun)落(luo)組成結構的(de)差異(yi)大(da)小(xiao)。因此(ci)，可近似(si)認為(wei)兩(liang)點之間(jian)(jian)的(de)距(ju)離越近（遠(yuan)），表(biao)明兩(liang)個(ge)樣(yang)(yang)(yang)本(ben)中微生物(wu)群(qun)落(luo)的(de)整體組成結構差異(yi)越小(xiao)（大(da)）。
另外，圖片上(shang)方(fang)的(de)Stress值表明分(fen)析結果的(de)應(ying)力值，可(ke)用于衡量分(fen)析結果的(de)可(ke)靠性。一般而言，當Stress值小于0.2時，NMDS分(fen)析的(de)結果較可(ke)靠。
3、層次聚類(lei)分(fen)析(xi)
層次聚(ju)類(lei)分(fen)析由(you)左右兩(liang)部(bu)分(fen)組(zu)成：左圖代(dai)(dai)表群落樣本的層次聚(ju)類(lei)樹圖，右圖代(dai)(dai)表物種(zhong)組(zu)成的堆疊柱狀圖。
左圖中，樣本根據(ju)彼此之間(jian)的(de)相(xiang)似(si)度(du)(du)(du)聚(ju)類，樣本間(jian)的(de)分(fen)(fen)支長度(du)(du)(du)越短(duan)、聚(ju)類效果越好，則兩樣本的(de)群落(luo)整體組(zu)(zu)成(cheng)(cheng)結構(gou)(gou)越相(xiang)似(si)；右圖默認顯示豐(feng)度(du)(du)(du)排名前10（或(huo)分(fen)(fen)析時(shi)自定義的(de)個(ge)數(shu)）的(de)屬水平（或(huo)分(fen)(fen)析時(shi)自定義的(de)分(fen)(fen)類水平）微(wei)生物(wu)(wu)(wu)組(zu)(zu)成(cheng)(cheng)，豐(feng)度(du)(du)(du)越高，柱子長度(du)(du)(du)越長。下圖示例(li)中，A、B、C三(san)組(zu)(zu)樣本分(fen)(fen)別聚(ju)類形(xing)成(cheng)(cheng)三(san)個(ge)分(fen)(fen)枝(zhi)，表明(ming)三(san)組(zu)(zu)群落(luo)樣本的(de)整體組(zu)(zu)成(cheng)(cheng)結構(gou)(gou)有明(ming)顯差異(yi)；同時(shi)，A組(zu)(zu)樣本中，A02和(he)A05樣本，與組(zu)(zu)內(nei)其(qi)它樣本的(de)整體組(zu)(zu)成(cheng)(cheng)結構(gou)(gou)有較(jiao)大不同，形(xing)成(cheng)(cheng)了(le)獨立的(de)聚(ju)類分(fen)(fen)枝(zhi)。而右圖的(de)物(wu)(wu)(wu)種(zhong)組(zu)(zu)成(cheng)(cheng)，則從優勢物(wu)(wu)(wu)種(zhong)豐(feng)度(du)(du)(du)分(fen)(fen)布的(de)角度(du)(du)(du)，進一步展(zhan)現了(le)上述的(de)群落(luo)組(zu)(zu)成(cheng)(cheng)結構(gou)(gou)差異(yi)。
4、組(zu)間差(cha)異分析
組(zu)(zu)(zu)(zu)間(jian)差(cha)(cha)(cha)(cha)異(yi)(yi)分(fen)析用于比(bi)較(jiao)組(zu)(zu)(zu)(zu)內(nei)(nei)差(cha)(cha)(cha)(cha)異(yi)(yi)與組(zu)(zu)(zu)(zu)間(jian)差(cha)(cha)(cha)(cha)異(yi)(yi)。具體而言，組(zu)(zu)(zu)(zu)內(nei)(nei)差(cha)(cha)(cha)(cha)異(yi)(yi)指的(de)(de)(de)(de)是指定分(fen)組(zu)(zu)(zu)(zu)內(nei)(nei)的(de)(de)(de)(de)群(qun)落樣本之間(jian)的(de)(de)(de)(de)距離(li)(li)大(da)小(xiao)，組(zu)(zu)(zu)(zu)間(jian)差(cha)(cha)(cha)(cha)異(yi)(yi)是指該分(fen)組(zu)(zu)(zu)(zu)內(nei)(nei)的(de)(de)(de)(de)群(qun)落樣本，與其(qi)余(yu)各分(fen)組(zu)(zu)(zu)(zu)的(de)(de)(de)(de)樣本間(jian)的(de)(de)(de)(de)距離(li)(li)大(da)小(xiao)。距離(li)(li)值(zhi)(zhi)通過箱線圖(tu)進行展示，以體現(xian)各組(zu)(zu)(zu)(zu)內(nei)(nei)/組(zu)(zu)(zu)(zu)間(jian)比(bi)較(jiao)的(de)(de)(de)(de)差(cha)(cha)(cha)(cha)異(yi)(yi)大(da)小(xiao)。箱的(de)(de)(de)(de)上(shang)下(xia)端(duan)線代表上(shang)下(xia)四分(fen)位數（Interquartile range，IQR）；箱中的(de)(de)(de)(de)橫(heng)線代表中位數；箱外(wai)延伸的(de)(de)(de)(de)上(shang)下(xia)觸(chu)須(xu)(xu)的(de)(de)(de)(de)邊(bian)緣(yuan)，對應1.5倍的(de)(de)(de)(de)IQR范圍之內(nei)(nei)的(de)(de)(de)(de)極值(zhi)(zhi)（最(zui)大(da)值(zhi)(zhi)和最(zui)小(xiao)值(zhi)(zhi)）；在觸(chu)須(xu)(xu)邊(bian)緣(yuan)外(wai)部(bu)的(de)(de)(de)(de)點，表示離(li)(li)群(qun)的(de)(de)(de)(de)異(yi)(yi)常值(zhi)(zhi)。
圖形上方可以指(zhi)定(ding)組(zu)(zu)(zu)內(nei)/組(zu)(zu)(zu)間(jian)比較(jiao)所需參考(kao)的(de)(de)分(fen)組(zu)(zu)(zu)。圖中(zhong)，第一(yi)個箱線(xian)圖代(dai)表(biao)組(zu)(zu)(zu)內(nei)差(cha)異(yi)，中(zhong)位(wei)線(xian)越(yue)(yue)低(di)、觸須越(yue)(yue)短，則表(biao)明(ming)(ming)組(zu)(zu)(zu)內(nei)差(cha)異(yi)越(yue)(yue)小、組(zu)(zu)(zu)內(nei)群落(luo)樣(yang)本(ben)的(de)(de)重(zhong)復性越(yue)(yue)好。其余(yu)箱線(xian)圖則代(dai)表(biao)指(zhi)定(ding)分(fen)組(zu)(zu)(zu)與其余(yu)各(ge)分(fen)組(zu)(zu)(zu)間(jian)的(de)(de)組(zu)(zu)(zu)間(jian)差(cha)異(yi)，中(zhong)位(wei)線(xian)越(yue)(yue)高，表(biao)明(ming)(ming)組(zu)(zu)(zu)間(jian)差(cha)異(yi)越(yue)(yue)大（一(yi)般而言，一(yi)個理(li)想的(de)(de)研究設計，應當是組(zu)(zu)(zu)內(nei)差(cha)異(yi)顯著小于組(zu)(zu)(zu)間(jian)差(cha)異(yi)的(de)(de)）。
同時，我們也提供(gong)組(zu)間兩兩差異比較(jiao)的(de)P值與(yu)Q值，P值或Q值小于0.05時，一般認為有統計學意義(yi)的(de)顯(xian)著(zhu)性。
以上(shang)就是(shi)(shi)今天給大家介紹(shao)的(de)(de)(de)云分(fen)析(xi)(xi)結果(guo)解讀哦~一般而言，不(bu)同(tong)的(de)(de)(de)分(fen)析(xi)(xi)手段獲得的(de)(de)(de)結果(guo)，可(ke)(ke)能有(you)所差(cha)異，因(yin)此還是(shi)(shi)建議大家可(ke)(ke)以多種方法都嘗試比(bi)較，選擇(ze)較為理想的(de)(de)(de)分(fen)析(xi)(xi)結果(guo)進行展示。當然(ran)，分(fen)析(xi)(xi)結果(guo)和作圖效果(guo)的(de)(de)(de)好壞(huai)，很(hen)大程度上(shang)還是(shi)(shi)取決(jue)于微(wei)生物群落本身的(de)(de)(de)特(te)性哦~
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