微生物扩大与扩展子图表解读3热图

热图是应用颜色来显示数值矩阵的图形。通常还会结合行、列的聚类分析,以表明实验数据多地方的结果。 

热图在生物学领域利用广泛,特别在MTK量测序的结果呈现中很盛行,如样品-基因表明,样品-OTU绝对丰度矩阵非常适合选择热图显示。

 

热图优点

 

因为人读数字须求思想和相比较,而对颜色辨别能力十二分强,接纳颜色的浓度代替数据表是极快捷的变现格局,也方便从中挖掘规律。 

热图在特别小的区域呈现了大批量的基因表明/细菌丰度数据,即可以长足比较组间的浮动,同时还足以呈现组内各类样品的的丰度,以及组内各类品间的重复情况。

 

热图数据的更换

 

万一运用原来相对丰度或发表值,范围日常为0-100或0-一千000,而大部分的OTU或基因较低,做出的图会使绝大数据的数码颜色处于低丰度区,很难发现规律;由此供给多少变换,常用的艺术有两类: 

  1. log2(x+1) x为丰度或宣布值 

怎么要原始值+1,是为着确认保障结果仍为正值,因为2的0次方为1; 

何以要运用log变换,以log2为例,0-一千的发挥范围,经变化为0-10的界定,颜色梯度范围更易于使人与数值建立对应提到。 

为何常用log2对数变化,因为筛选差距的正儿八经日常为两倍,log2对数变化后,每相差1的八个值都有两倍差别,接纳对象很方便;有时也会遵照具体情形,采用ln,
log10等转移形式; 

2. Z-score标准化: 

标准分数(standard
score)也叫z分数(z-score),是1个分数与平平均数量的差再除以标准差的长河。用公式表示为:z=(x-μ)/σ。在这之中x为某一切实分数,μ为平平均数量,σ为标准差。此种方法能够使有反差且平静变化的两组肯定有别为分歧的水彩,但却丢失了原来相对丰度、差距倍数的音信。但鉴于结果相比赏心悦目,规律明显,使用较多。

 

常用热图绘制工具

 

最常用的是Tucson语言的包,如heatmap和pheatmap等。

此外Excel, matlab也可以。

不想学语言的能够行使一些特地绘制工具,如HEMI,个人用过,绘图和聚类都很方便,但神迹会崩溃,不知未来笔者更新没有

 

用科雷傲绘制热图的科目

 

微生物,网上教程很多,因为那一个太常用。小编引进”生信宝典”最新布告的科目三步曲,从入门到通晓。

1. 路虎极光语言学习 – 热图绘制
(heatmap)

2. XC60语言学习 –
热图美化

3. 福睿斯语言学习 –
热图简化

 

看图实战(Result)

 

示范1. OTU争辩丰度 – 样品

Castrillo, G., et al. (2017).
Nature.
 

2017新出炉的Nature作品,杰夫ery
Dangl组小说。那篇作品分析拟南芥细菌组在低磷条件下参与磷吸收,有规律意识,有试验证实,相对前沿的微生物组钻探,正文每3个组图都一定于13分小说的工作量,专业而细心,推荐阅读

微生物 1

图2有四个子图,音信量相当的大,笔者只说里面包车型大巴e图

图2.e 重组菌类别在差异样品中各菌的周旋丰度。

  1. 图瓜时素解释


X轴标签isolate上边的名目为实验用菌的号子;本实验为人造重组微生物组种类,标签为笔者定义的菌编号。自然微生物组鉴定体系一般汇集类为OTU-百分之五十/3…体裁编号;

– 右边Y轴标签为实验组的称号,共分两列:第壹列为材料基因型名称,如Col-0,
phf1等;第①名列条件,本实验中为磷浓度;两者结合为二个实验组,每一个实验组每组均为捌回生物学重复,当中接种起先混合液Inoculum有4回重复;


右侧颜色图例Abundance(%),来表示图中颜色的深浅所对应的数值范围,即青色为0,由浅到深一连变化范围,个中刻度对应的水彩丰度为0.01%,
0.14%和2.71%,至最天青石榴红;

– 主图区中深浅的色块,代表每组样品各样菌相对丰度的值。

2.
图片结果:体现人工重组菌(开端接种Inoculum浓度相近)在不一样实验组中发展成细菌群落后的周旋丰度,发现突变体中有个别菌的冲突丰度发生变化;

3.
经历和技术:一般OTU或菌的丰度间重复不是很好,越发是自然样品丰度差距大,供给通过对数变换或做Z-score标准化;而本实验是整合连串,开端菌浓度格外,相比符合原始值直接绘制热图;其它,在扩大与增添子切磋中,实验个体间波动十分大,一般热图显示规律不醒目,如上海教室,所以低档次小说很少用,一般唯有头等杂志敢用,尊重事实,尊重个体差距,相信总结上的差距。上边一篇小说也是这么

 

演示2. 热图+样品聚类展现菌相对丰度(log2%)

 

Lebeis, S. L., et al. (2015).
Science

那篇文章也是Dangl组的,是最早植物人工重组菌群的小说,商量了植物水杨酸对微生物组的熏陶,开山之作值得阅读

微生物 2

图2C.
热图突显丰度分明差距的菌在全数样品中的相对丰度(相对丰度百分数%经log2对数变换)

  1. 图十月素解读


左边聚类图为拥有样品聚类的结果,左上角的图例代表三大类样品,紫、灰和绿它们分别表示接种菌、土壤和根样品,颜色标签在热图中首先列,用以区分样品组; 


左边为图的主图区,呈现左侧样品中对应筛选的十六个不同丰度菌的争辩丰度值,丰度值比重选拔log2转移来压缩数据范围,并按从小到大对应的颜料梯度为蓝、白、红,即越红越高,越蓝越低。对应的图例为世间左上角的Color
Key;


左边正文区上方红上或蓝下箭头,代表那些菌的公布样式,为上调或下调,对应的图例为世间图例区的左下方(EC-enriched/depleted);


左边正文区下方菌的竹签上还有颜色,对应最下边图例区的菌门音信;同时菌还继续分为两类,稳定定殖者(罗布ust
Colonizers)和偶发性或非定殖者(Sporadic or Non-Colonizers)。

2.
图形结果:图中展现了人工重组的菌在接种后,也得以形成丰度各异的微生物群众体育,并与自然条件下许多体裁保持一致。

4.
图片结论或原理:受水杨酸调节和控制差距表达的菌,能够在人工重组实验中赢得印证。

5.
图片优点:配色选取红白蓝,相比肃穆;图中添加了聚类音讯、分组新闻和菌分类为音讯,非常的大的扩充了图片的信息和可读性。有些热图音讯量大,标签太小或根本无标签导致精晓决居民住房困难难,此图的做法值得学习。

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