微生物系列课程

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chao 1和ACE是衡量物种丰富度的指标,和丰度、均匀度无关,对稀有的物种很敏感/

香农指数描述中的个体出现的紊乱和不确定性,不确定性越高,多样性就越高,香浓指数对群落的丰富度及稀有otu更敏感

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聚类:DADA2

降噪:

ZOTUs 质心正确

ASV:质量值

分类:基于比对法、机器学习,两者结合

(条形图和热图)

多样性:a多样性和b多样性

a:Chao1(丰富度),Shannon指数(丰富度和稀有OTU),Simpson指数(对多样性即均匀度和丰富度,优势OTU更敏感)

b多样性:加权和非加权,基于独立OTU和基于系统发生树

相似性分析:分析组间差异是否大于组内差异,越接近1说明组间差异越大。

Adonis:置换多因素方差,分析不同分组因素对样品差异的解释度,置换检验来进行显著性分析,R2取值范围为【0,1】,越接近1说明分组因素对样品差异的解释度越高。

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细菌微生物多样性和真菌微生物多样性

聚类:根据序列的相似性,聚类一些OTU

降噪:发现样品中真实的生物序列,模式不同

基于得到的特征表,进行各种分析

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保守区-情缘关系

可变区-差异性

 

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一、研究对象和方法:

1. 细菌16S rDNA(1.5kb),保守区亲缘关系,可变区物种差异,

真菌ITS1,18S rDNA(1.8kb) 藻类、原生动物,

功能基因:固氮基因,硝化和反硝化。。。

2. 研究方法:

二代:短reads,短高变区V3+V4,V4等,只提供科或属级别分类;

三代:超长的测序读长,16S全长,在属和种水平上分类。

二、分析方法与结果:

多样性分析软件,物种分类,多样性分析,组间差异分析,关联分析,功能预测分析

1. 数据质控,聚类/降噪;

2. 物种分类:参考数据库,物种分布丰度,分布热图;

3. 多样性分析:

4. 组间差异分析

5. 相关性:RDA/CCA,相关性系数(Pearson,Spearman),网络图、表;

6. 功能预测分析:

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微生物多样性

1.研究对象与方法:人粪便(疾病与微生物的关系)

2.研究方法:16s rDNA(细菌多样性)

3.分析结果:物种分析、多样性分析、组间差异分析、关联分析、功能预测分析。

4.数据质控:

4.1二代:PE reads拼接——引物序列识别——Tags过滤

4.2三代:CCS识别——引物序列识别——Tags过滤

5.聚类和降噪

聚类:OTU(序列相似性)

降噪: 

6.物种分布:(歌物种组成)

7.多样性(A:内部 :辛普森多样性指数)——箱线图

B:样品距离(加权与非加权)

相似性差异:(ANOSIM):箱线图—PCA

8.组间差异:(相对丰度)

9.相关性与关联分析:

9.1排序分析:RDA/CCA

9.2相关系数分数

9.2网络分析()

10.功能预测分析

10.1

 

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0716 学习

1.微生物研究对象:

2.研究方法(功能):细菌、真菌、功能基因

3.测序方法:二代测序--科属水平分类,短reads

三代测序--超长的,属/种水平鉴定

pacbio全长测序:序列扩增-加接头-识别ccs序列

4.分析方法和结果:

原始数据-聚类-特征表/序列

--》物种分类图

--》多样性分析

--》组间差异性分析

--》关联分析(物种与物种之间,物种与环境之间的关系)

--》功能预测分析(推测样品功能--重复以上4个分析作图)

数据质控(剔除低质量数据)-方法

聚类/降噪

聚类--基于序列相似性得到OTU,一个OTU中可能包含一些具有不同表型的菌株或物种的生物序列

降噪--ZOTUS  和 ASVs两种方法

实例解释:

物种分类:鉴定物种所在的等级

1.基于比对:blast/vsearch: 特征序列与参考数据库对比,找出一致性最高的

2.基于机器学习(贝叶斯、决策树)

3.比对结合机器:

物种分类分析:样品组成情况、各物种在不同样品中的丰度趋势变化--》热图的颜色变化

多样性分析:α多样性和β多样性

α多样性:单个样品物种丰富度以及物种多样性

衡量指标有:Chao 1和ACE,香浓、辛普森

  • Chao 1和ACE:衡量物种丰富度,和丰度、均匀度无关;只对稀有物种敏感;
  • Shannon(香浓指数):描述物种出现的紊乱和不确定性,对群落的丰富度和稀有OTU更敏感。
  • 辛普森多样性指数:群落中种数越多,个体分配就越均匀,指数越低,群落多样性越高,对均匀度和群落中的优势OTU更敏感。

β多样性分析:描述样品间的差异性

组间差异分析(比较组间和组内差异的大小):箱线图和PCoA图

相似性分析(ANOSIM):R值接近1,表示组间差异>组内差异,是比较好的。

Adonis置换多因素方差分析:R²越接近1说明分组因素对样品差异的解释度就越高。

组间差异分析(比较物种组与组之间的差异):常见的方法--T检验;方差分析;秩和

常见的问题:1.哪一种分析方法都有应用,多多尝试不同的方法;2.目前多样性分析的差异结果,一般还需要更多的重复和验证,才能最终加以说明。

相关性和关联分析: 主要研究的是 微生物与微生物、微生物与环境因子之间的相互作用,

有两类方法:

  • 排序分析(RDA/CCA db-RDA),坐标系射线与射线之间的夹角反应关系;
  • 一种基于相关性系数 (Pearson、Spearman、Sparce)--》热图、网络图

 

功能预测分析:PICRUSt2计算方法--利用标记基因数据和一个参考基因组数据库来预测微生物功能组成。

 

 

 

 

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