当前位置: 首页 > news >正文

文章MSM_metagenomics(三):Alpha多样性分析

欢迎大家关注全网生信学习者系列:

  • WX公zhong号:生信学习者
  • Xiao hong书:生信学习者
  • 知hu:生信学习者
  • CDSN:生信学习者2

介绍

本教程使用基于R的函数来估计微生物群落的香农指数和丰富度,使用MetaPhlAn profile数据。估计结果进一步进行了可视化,并与元数据关联,以测试统计显著性。

数据

大家通过以下链接下载数据:

  • 百度网盘链接:https://pan.baidu.com/s/1f1SyyvRfpNVO3sLYEblz1A
  • 提取码: 请关注WX公zhong号_生信学习者_后台发送 复现msm 获取提取码

R 包

  • SummarizedExperiment
  • mia
  • ggpubr
  • ggplot2
  • lfe

Alpha diversity estimation and visualization

使用alpha_diversity_funcs.R计算alpha多样性和可视化。

  • 代码
SE_converter <- function(md_rows, tax_starting_row, mpa_md) {# SE_converter function is to convery metadata-wedged mpa table into SummarisedExperiment structure.# md_rows: a vector specifying the range of rows indicating metadata.# tax_starting_row: an interger corresponding to the row where taxonomic abundances start.# mpa_md: a metaphlan table wedged with metadata, in the form of dataframe.md_df <- mpa_md[md_rows,] # extract metadata part from mpa_md tabletax_df <- mpa_md[tax_starting_row: nrow(mpa_md),] # extract taxonomic abundances part from mpa_md table### convert md_df to a form compatible with SummarisedExperiment ### SE_md_df <- md_df[, -1]rownames(SE_md_df) <- md_df[, 1]SE_md_df <- t(SE_md_df)### convert md_df to a form compatible with SummarisedExperiment ###### prep relab values in a form compatible with SummarisedExperiment ###SE_relab_df <- tax_df[, -1]rownames(SE_relab_df) <- tax_df[, 1]col_names <- colnames(SE_relab_df)SE_relab_df[, col_names] <- apply(SE_relab_df[, col_names], 2, function(x) as.numeric(as.character(x)))### prep relab values in a form compatible with SummarisedExperiment ###SE_tax_df <- tax_df[, 1:2]rownames(SE_tax_df) <- tax_df[, 1]SE_tax_df <- SE_tax_df[-2]colnames(SE_tax_df) <- c("species")SE_data <- SummarizedExperiment::SummarizedExperiment(assays = list(relative_abundance = SE_relab_df),colData = SE_md_df,rowData = SE_tax_df)SE_data
}est_alpha_diversity <- function(se_data) {# This function is to estimate alpha diversity (shannon index and richness) of a microbiome and output results in dataframe.# se_data: the SummarizedExperiment data structure containing metadata and abundance values.se_data <- se_data |>mia::estimateRichness(abund_values = "relative_abundance", index = "observed")se_data <- se_data |>mia::estimateDiversity(abund_values = "relative_abundance", index = "shannon")se_alpha_div <- data.frame(SummarizedExperiment::colData(se_data))se_alpha_div
}make_boxplot <- function(df, xlabel, ylabel, font_size = 11, jitter_width = 0.2, dot_size = 1, font_style = "Arial", stats = TRUE, pal = NULL) {# This function is to create a boxplot using categorical data.# df: The dataframe containing microbiome alpha diversities, e.g. `shannon` and `observed` with categorical metadata.# xlabel: the column name one will put along x-axis.# ylabel: the index estimate one will put along y-axis.# font_size: the font size, default: [11]# jitter_width: the jitter width, default: [0.2]# dot_size: the dot size inside the boxplot, default: [1]# font_style: the font style, default: `Arial`# pal: a list of color codes for pallete, e.g. c(#888888, #eb2525). The order corresponds the column order of boxplot.# stats: wilcox rank-sum test. default: TRUEif (stats) {nr_group = length(unique(df[, xlabel])) # get the number of groupsif (nr_group == 2) {group_pair = list(unique(df[, xlabel]))ggpubr::ggboxplot(data = df, x = xlabel, y = ylabel, color = xlabel,palette = pal, ylab = ylabel, xlab = xlabel,add = "jitter", add.params = list(size = dot_size, jitter = jitter_width)) +ggpubr::stat_compare_means(comparisons = group_pair, exact = T, alternative = "less") +ggplot2::stat_summary(fun.data = function(x) data.frame(y = max(df[, ylabel]), label = paste("Mean=",mean(x))), geom="text") +ggplot2::theme(text = ggplot2::element_text(size = font_size, family = font_style))} else {group_pairs = my_combn(unique((df[, xlabel])))ggpubr::ggboxplot(data = df, x = xlabel, y = ylabel, color = xlabel,palette = pal, ylab = ylabel, xlab = xlabel,add = "jitter", add.params = list(size = dot_size, jitter = jitter_width)) +ggpubr::stat_compare_means() + ggpubr::stat_compare_means(comparisons = group_pairs, exact = T, alternative = "greater") +ggplot2::stat_summary(fun.data = function(x) data.frame(y= max(df[, ylabel]), label = paste("Mean=",mean(x))), geom="text") +ggplot2::theme(text = ggplot2::element_text(size = font_size, family = font_style))}} else {ggpubr::ggboxplot(data = df, x = xlabel, y = ylabel, color = xlabel,palette = pal, ylab = ylabel, xlab = xlabel,add = "jitter", add.params = list(size = dot_size, jitter = jitter_width)) +ggplot2::theme(text = ggplot2::element_text(size = font_size, family = font_style))}
}my_combn <- function(x) {combs <- list()comb_matrix <- combn(x, 2)for (i in 1: ncol(comb_matrix)) {combs[[i]]  <- comb_matrix[,i]}combs
}felm_fixed <- function(data_frame, f_factors, t_factor, measure) {# This function is to perform fixed effect linear modeling# data_frame: a dataframe containing measures and corresponding effects  # f_factors: a vector of header names in the dataframe which represent fixed effects# t_factors: test factor name in the form of string# measure: the measured values in column, e.g., shannon or richness
#   all_factors <- c(t_factor, f_factors)
#   for (i in all_factors) {
#     vars <- unique(data_frame[, i])
#     lookup <- setNames(seq_along(vars) -1, vars)
#     data_frame[, i] <- lookup[data_frame[, i]]
#   }
#   View(data_frame)str1 <- paste0(c(t_factor, paste0(f_factors, collapse = " + ")), collapse = " + ")str2 <- paste0(c(measure, str1), collapse = " ~ ")felm_stats <- lfe::felm(eval(parse(text = str2)), data = data_frame)felm_stats
}

加载一个包含元数据和分类群丰度的合并MetaPhlAn profile文件

mpa_df <- data.frame(read.csv("./data/merged_abundance_table_species_sgb_md.tsv", header = TRUE, sep = "\t"))
sampleP057P054P052P049
sexual_orientationMSMMSMMSMNon-MSM
HIV_statusnegativepositivepositivenegative
ethnicityCaucasianCaucasianCaucasianCaucasian
antibiotics_6monthYesNoNoNo
BMI_kg_m2_WHOObeseClassIOverweightNormalOverweight
Methanomassiliicoccales_archaeon0.00.00.00.01322
Methanobrevibacter_smithii0.00.00.00.19154

接下来,我们将数据框转换为SummarizedExperiment数据结构,以便使用SE_converter函数继续分析,该函数需要指定三个参数:

  • md_rows: a vector specifying the range of rows indicating metadata. Note: 1-based.
  • tax_starting_row: an interger corresponding to the row where taxonomic abundances start.
  • mpa_md: a metaphlan table wedged with metadata, in the form of dataframe.
SE <- SE_converter(md_rows = 1:5,tax_starting_row = 6, mpa_md = mpa_df)SE                   class: SummarizedExperiment
dim: 1676 139
metadata(0):
assays(1): relative_abundance
rownames(1676): Methanomassiliicoccales_archaeon|t__SGB376GGB1567_SGB2154|t__SGB2154 ... Entamoeba_dispar|t__EUK46681Blastocystis_sp_subtype_1|t__EUK944036
rowData names(1): species
colnames(139): P057 P054 ... KHK16 KHK11
colData names(5): sexual_orientation HIV_status ethnicityantibiotics_6month BMI_kg_m2_WHO

接下来,我们可以使用est_alpha_diversity函数来估计每个宏基因组样本的香农指数和丰富度。

alpha_df <- est_alpha_diversity(se_data = SE)
alpha_df
sexual_orientationHIV_statusethnicityantibiotics_6monthBMI_kg_m2_WHOobservedshannon
P057MSMnegativeCaucasianYesObeseClassI1343.1847
P054MSMpositiveCaucasianNoOverweight1412.1197
P052MSMpositiveCaucasianNoNormal1522.5273

为了比较不同组之间的alpha多样性差异,我们可以使用make_boxplot函数,并使用参数:

  • df: The dataframe containing microbiome alpha diversities, e.g. shannon and observed with categorical metadata.
  • xlabel: the column name one will put along x-axis.
  • ylabel: the index estimate one will put along y-axis.
  • font_size: the font size, default: [11]
  • jitter_width: the jitter width, default: [0.2]
  • dot_size: the dot size inside the boxplot, default: [1]
  • font_style: the font style, default: Arial
  • pal: a list of color codes for pallete, e.g. c(#888888, #eb2525). The order corresponds the column order of boxplot.
  • stats: wilcox rank-sum test. default: TRUE
shannon <- make_boxplot(df = alpha_df,xlabel = "sexual_orientation",ylabel = "shannon",stats = TRUE,pal = c("#888888", "#eb2525"))richness <- make_boxplot(df = alpha_df,xlabel = "sexual_orientation", ylabel = "observed",stats = TRUE,pal = c("#888888", "#eb2525"))
multi_plot <- ggpubr::ggarrange(shannon, richness, ncol = 2)
ggplot2::ggsave(file = "shannon_richness.svg", plot = multi_plot, width = 4, height = 5)

请添加图片描述

通过固定效应线性模型估计关联的显著性

在宏基因组分析中,除了感兴趣的变量(例如性取向)之外,通常还需要处理多个变量(例如HIV感染和抗生素使用)。因此,在测试微生物群落矩阵(例如香农指数或丰富度)与感兴趣的变量(例如性取向)之间的关联时,控制这些混杂效应非常重要。在这里,我们使用基于固定效应线性模型的felm_fixed函数,该函数实现在R包lfe 中,以估计微生物群落与感兴趣变量之间的关联显著性,同时控制其他变量的混杂效应。

  • data_frame: The dataframe containing microbiome alpha diversities, e.g. shannon and observed with multiple variables.
  • f_factors: A vector of variables representing fixed effects.
  • t_factor: The variable of interest for testing.
  • measure: The header indicating microbiome measure, e.g. shannon or richness
lfe_stats <- felm_fixed(data_frame = alpha_df,f_factors = c(c("HIV_status", "antibiotics_6month")),t_factor = "sexual_orientation",measure = "shannon")
summary(lfe_stats)
Residuals:Min      1Q  Median      3Q     Max 
-2.3112 -0.4666  0.1412  0.5200  1.4137 Coefficients:Estimate Std. Error t value Pr(>|t|)    
(Intercept)            3.62027    0.70476   5.137 9.64e-07 ***
sexual_orientationMSM  0.29175    0.13733   2.125   0.0355 *  
HIV_statuspositive    -0.28400    0.14658  -1.937   0.0548 .  
antibiotics_6monthNo  -0.10405    0.67931  -0.153   0.8785    
antibiotics_6monthYes  0.01197    0.68483   0.017   0.9861    
---
Signif. codes:  0***0.001**0.01*0.05 ‘.’ 0.1 ‘ ’ 1Residual standard error: 0.6745 on 134 degrees of freedom
Multiple R-squared(full model): 0.07784   Adjusted R-squared: 0.05032 
Multiple R-squared(proj model): 0.07784   Adjusted R-squared: 0.05032 
F-statistic(full model):2.828 on 4 and 134 DF, p-value: 0.02725 
F-statistic(proj model): 2.828 on 4 and 134 DF, p-value: 0.02725

相关文章:

文章MSM_metagenomics(三):Alpha多样性分析

欢迎大家关注全网生信学习者系列&#xff1a; WX公zhong号&#xff1a;生信学习者Xiao hong书&#xff1a;生信学习者知hu&#xff1a;生信学习者CDSN&#xff1a;生信学习者2 介绍 本教程使用基于R的函数来估计微生物群落的香农指数和丰富度&#xff0c;使用MetaPhlAn prof…...

Web前端与其他前端:深度对比与差异性剖析

Web前端与其他前端&#xff1a;深度对比与差异性剖析 在快速发展的前端技术领域&#xff0c;Web前端无疑是其中最耀眼的明星。然而&#xff0c;当我们谈论前端时&#xff0c;是否仅仅指的是Web前端&#xff1f;实际上&#xff0c;前端技术还包括了许多其他细分领域。本文将从四…...

AI 客服定制:LangChain集成订单能力

为了提高AI客服的问题解决能力&#xff0c;我们引入了LangChain自定义能力&#xff0c;并集成了订单能力。这使得AI客服可以根据用户提出的问题&#xff0c;自动调用订单接口&#xff0c;获取订单信息&#xff0c;并结合文本知识库内容进行回答。这种能力的应用&#xff0c;使得…...

【计算机毕业设计】242基于微信小程序的外卖点餐系统

&#x1f64a;作者简介&#xff1a;拥有多年开发工作经验&#xff0c;分享技术代码帮助学生学习&#xff0c;独立完成自己的项目或者毕业设计。 代码可以私聊博主获取。&#x1f339;赠送计算机毕业设计600个选题excel文件&#xff0c;帮助大学选题。赠送开题报告模板&#xff…...

java程序监控linux服务器硬件,cpu、mem、disk等

实现 使用Oshi和Hutool工具包1、pom依赖<dependency><groupId>org.springframework.boot</groupId><artifactId>spring-boot-starter-web</artifactId></dependency><dependency><groupId>com.github.oshi</groupId>&l…...

高考报志愿闲谈

当你的朋友在选择大学和专业时寻求建议&#xff0c;作为一名研究生并有高考经验的人&#xff0c;你可以提供一些有价值的见解和建议。 兴趣与职业目标&#xff1a; 首先询问他对哪些工科领域感兴趣&#xff0c;如机械工程、电子工程、计算机科学等。探讨他的职业目标。了解他将…...

面试官考我Object类中的所有方法及场景使用?我...

咦咦咦&#xff0c;各位小可爱&#xff0c;我是你们的好伙伴——bug菌&#xff0c;今天又来给大家普及Java 知识点啦&#xff0c;别躲起来啊&#xff0c;听我讲干货还不快点赞&#xff0c;赞多了我就有动力讲得更嗨啦&#xff01;所以呀&#xff0c;养成先点赞后阅读的好习惯&a…...

Web前端精通教程:深入探索与实战指南

Web前端精通教程&#xff1a;深入探索与实战指南 在数字化时代&#xff0c;Web前端技术已经成为构建优秀用户体验的基石。想要精通Web前端&#xff0c;不仅需要掌握扎实的基础知识&#xff0c;还需要具备丰富的实战经验和深入的思考。本文将从四个方面、五个方面、六个方面和七…...

四轴飞行器、无人机(STM32、NRF24L01)

一、简介 此电路由STM32为主控芯片&#xff0c;NRF24L01、MPU6050为辅,当接受到信号时&#xff0c;处理对应的指令。 二、实物图 三、部分代码 void FlightPidControl(float dt) { volatile static uint8_t statusWAITING_1; switch(status) { case WAITING_1: //等待解锁 if…...

OpenAI Assistants API:如何使用代码或无需代码创建您自己的AI助手

Its now easier than ever to create your own AI Assistant that can handle a lot of computing tasks for you. See how you can get started with the OpenAI AI Assistant API. 现在比以往任何时候都更容易创建您自己的AI助手&#xff0c;它可以为您处理许多计算任务。了…...

CentOS7 配置Nginx域名HTTPS

Configuring Nginx with HTTPS on CentOS 7 involves similar steps to the ones for Ubuntu, but with some variations in package management and service control. Here’s a step-by-step guide for CentOS 7: Prerequisites Domain Name: “www.xxx.com”Nginx Install…...

C++入门8 构造函数析构函数顺序|拷贝构造

一&#xff0c;构造函数析构函数 调用顺序 我们先来看下面的代码&#xff1a; #define _CRT_SECURE_NO_WARNINGS #include <iostream> #include <cstring> using namespace std; class student { public:char my_name[20];int my_id;student(int a) {my_id a;co…...

【git使用四】git分支理解与操作(详解)

目录 &#xff08;1&#xff09;理解git分支 主分支&#xff08;主线&#xff09; 功能分支 主线和分支关系 将分支合并到主分支 快速合并 非快速合并 git代码管理流程 &#xff08;2&#xff09;理解git提交对象 提交对象与commitID Git如何保存数据 示例讲解 &a…...

【docker】如何解决artalk的跨域访问问题

今天折腾halo的时候&#xff0c;发现artalk出现跨域访问报错&#xff0c;内容如下。 Access to fetch at https://artk.musnow.top/api/stat from origin https://halo.musnow.top has been blocked by CORS policy: The Access-Control-Allow-Origin header contains multipl…...

MYSQL 索引下推 45讲

刘老师群里,看到一位小友 问<MYSQL 45讲>林晓斌的回答 大意是一个组合索引 (a,b,c) 条件 a > 5 and a <10 and b123, 这样的情况下是如何? 林老师给的回答是 A>5 ,然后下推B123 小友 问 "为什么不是先 进行范围查询,然后在索引下推 b123?" 然后就…...

CentOS7服务器中安装openCV4.8的教程

参考链接&#xff1a;Centos7环境下cmake3.25的编译与安装 参考链接&#xff1a;Linux安装或者升级cmake&#xff0c;例子为v3.10.2升级到v3.25.0(自己指定版本) 参考链接&#xff1a;Linux安装Opencv&#xff08;C&#xff09; 一、下载资源 1.下载cmake3.25.0的压缩包&am…...

Java课程设计:基于swing的贪吃蛇小游戏

文章目录 一、项目介绍二、核心代码三、项目展示四、源码获取 一、项目介绍 贪吃蛇是一款经典的休闲益智游戏,自问世以来便深受广大用户的喜爱。这个游戏的基本玩法是控制一条不断增长的蛇,目标是吃掉屏幕上出现的食物,同时避免撞到边缘或自身。随着游戏的进行,蛇的身体会越长…...

【HarmonyOS】HUAWEI DevEco Studio 下载地址汇总

目录 OpenHarmony 4.x Releases 4.1 Release4.0 Release OpenHarmony 3.x Releases 3.2.1 Release3.2 Release3.1.3 Release3.1.2 Release3.1.1 Release3.1 Release 说明 Full SDK&#xff1a;面向OEM厂商提供&#xff0c;包含了需要使用系统权限的系统接口。 Public SDK&am…...

华为OD刷题C卷 - 每日刷题30(小明找位置,分隔均衡字符串)

1、&#xff08;小明找位置&#xff09;&#xff1a; 这段代码是解决“小明找位置”的问题。它提供了一个Java类Main&#xff0c;其中包含main方法和getResult方法&#xff0c;用于帮助小明快速找到他在排队中应该站的位置。 main方法首先读取已排列好的小朋友的学号数组和小…...

SOFTS: 时间序列预测的最新模型以及Python使用示例

近年来&#xff0c;深度学习一直在时间序列预测中追赶着提升树模型&#xff0c;其中新的架构已经逐渐为最先进的性能设定了新的标准。 这一切都始于2020年的N-BEATS&#xff0c;然后是2022年的NHITS。2023年&#xff0c;PatchTST和TSMixer被提出&#xff0c;最近的iTransforme…...

C++ 取近似值

描述 写出一个程序&#xff0c;接受一个正浮点数值&#xff0c;输出该数值的近似整数值。如果小数点后数值大于等于 0.5 ,向上取整&#xff1b;小于 0.5 &#xff0c;则向下取整。 数据范围&#xff1a;保证输入的数字在 32 位浮点数范围内 输入描述&#xff1a; 输入一个正…...

云原生系列之Docker常用命令

&#x1f339;作者主页&#xff1a;青花锁 &#x1f339;简介&#xff1a;Java领域优质创作者&#x1f3c6;、Java微服务架构公号作者&#x1f604; &#x1f339;简历模板、学习资料、面试题库、技术互助 &#x1f339;文末获取联系方式 &#x1f4dd; 系列文章目录 云原生之…...

opencv_GUI

图像入门 import numpy as np import cv2 as cv # 用灰度模式加载图像 img cv.imread(C:/Users/HP/Downloads/basketball.png, 0)# 即使图像路径错误&#xff0c;它也不会抛出任何错误&#xff0c;但是打印 img会给你Nonecv.imshow(image, img) cv.waitKey(5000) # 一个键盘绑…...

FlowUs轻量化AI:趁这波升级专业版,全年无限AI助力笔记产出与二次编写

在数字时代&#xff0c;信息管理与知识产出的效率直接影响个人的生产力。FlowUs作为一款集笔记、文档、多维表、文件夹于一体的新一代知识管理平台&#xff0c;其轻量化AI的加入更是如虎添翼。特别是在活动期间&#xff0c;升级专业版将带来全年无限AI使用次数&#xff0c;让每…...

Day 22:2786. 访问数组中的位置使分数最大

Leetcode 2786. 访问数组中的位置使分数最大 给你一个下标从 0 开始的整数数组 nums 和一个正整数 x 。 你 一开始 在数组的位置 0 处&#xff0c;你可以按照下述规则访问数组中的其他位置&#xff1a; 如果你当前在位置 i &#xff0c;那么你可以移动到满足 i < j 的 任意 …...

理解Es的DSL语法(二):聚合

前一篇已经系统介绍过查询语法&#xff0c;详细可直接看上一篇文章&#xff08;理解DSL语法&#xff08;一&#xff09;&#xff09;&#xff0c;本篇主要介绍DSL中的另一部分&#xff1a;聚合 理解Es中的聚合 虽然Elasticsearch 是一个基于 Lucene 的搜索引擎&#xff0c;但…...

matlab-2-simulink-小白教程-如何绘制电路图进行电路仿真

以上述电路图为例&#xff1a;包含D触发器&#xff0c;时钟CLK,与非门 一、启动simulink的三种方式 方式1 在MATLAB的命令行窗口输入“Simulink”命令。 方式2 在MATLAB主窗口的“主页”选项卡中&#xff0c;单击“SIMULINK”命令组中的Simulink命令按钮。 方式3 从MATLAB…...

CSS从入门到精通——背景样式

目录 背景颜色 任务描述 相关知识 背景色 编程要求 背景图片 任务描述 相关知识 背景图片 设置背景图片 平铺背景图像 任务要求 背景定位与背景关联 任务描述 相关知识 背景定位 背景关联 简写背景 编程要求 背景颜色 任务描述 本关任务&#xff1a;在本关…...

网络编程---Java飞机大战联机

解析服务器端代码 代码是放在app/lib下的src下的main/java&#xff0c;而与之前放在app/src/main下路径不同 Main函数 Main函数里只放着创建MyServer类的一行 public static void main(String args[]){new MyServer();} MyServer构造函数 1.获取本机IP地址 //获取本机IP地…...

一个简单的Oracle函数

CREATE OR REPLACE FUNCTION getyj_zhibiao_value(p_name IN varchar2, p_index IN varchar2) RETURN NUMBER IS -- 定义返回的指标值变量 v_result NUMBER; -- 定义临时变量来存储查询到的指标值 v_index1 VARCHAR2(50); v_index2 VARCHAR2(50); …...