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次世代定序

【NGS 16S報告升級】第二章:微生物菌相多樣性-菌相組成

先前的文章已經提到,環境與生物體中存在有各種微生物,而其交互作用遠比我們所知的更加複雜;近年來,環境微生物學與腸道微生物學更是成了一主流研究項目,無論是探討微生物和疾病間的關聯,或是環境變遷(無論是水樣、土樣、空氣等)等議題,都已離不開微生物菌相研究。

透過次世代定序16S rDNA 定序法 (16S rDNA Sequencing) 與生物資訊分析,取得高解析度的ASV (Amplicon Sequence Variants) ,搭配各種視覺化的圖表,讓研究者能更一目了然理解樣品中的菌相組成以及每個物種的豐富程度。

基米的16S分析報告在升級過後,除了更美化原有的圖表外:像是柱狀圖、文氏圖、多層次圓餅圖…等,更加入了全新的圖示,例如:GraPhlAn、HeatTree、Core Microbiome、Ternary Plot、F/B ratio,讓研究者能以更多不同角度去剖析本次實驗的結果,以理解這些菌相變化,反映了什麼生物現象。

以下簡單介紹每個圖表代表的意義:

  • Stacked top 10 taxon

以柱狀圖呈現在科層次 (family level) 前 10 名高表現量 (豐度) 的菌種,橫軸代表樣品,縱軸為相對豐度 (百分比%),顏色表示「細菌科別」。以右圖為例,可明顯看到 Group C 擁有一個獨特科別細菌 (顯示為粉紅色),是其他樣品所沒有的菌相;另也可觀察到 Group A與B看起來有很相似的菌相組成,但是比例略有差異。是菌相組成最簡單且最常見的圖示。

  • 多層次圓餅圖

以可視化工具Krona的多層次圓餅圖呈現,可用以直觀地探索宏基因組 (metagenome) 分類複雜層次結構中的相對豐度,使用者可以使用瀏覽互動式網頁,點不同的樣本並瀏覽不同的圖層以查看不同分類階層下的物種組成。多層圓餅圖由內而外的階層為「Kingdom (界)、Phylum (門)、Class (綱)、Order (目)、Family (科)、Genus (屬))」。

  • GraPhlAn

是一個可視化進化樹和基於分類等級繪製層級分類樹的工具。圖三呈現的是分類科層次 (family level),前 150 名高豐度微生物,主要呈現四大分類:變形菌門 (Proteobacteria)、放線菌門 (Actinobacteria)、擬桿菌門 (Bacteroidetes)、 厚壁菌門 (Firmicutes)。

  • HeatTree

為物種階層熱樹,越外圍階層越低,使用分類樹中節點、邊的顏色、大小來定量描述與分類群組相關的豐度統計數據。每個節點代表一個OTU/ASV 的分類單元,邊緣確定它在整個分類層次結構中的位置。 節點直徑大小與該分類群組的 OTU/ASV 數量成正比,而邊緣寬度與序列數量成正比。透過此圖可簡單看出分組中相對優勢的菌種,並和其他組別做比較。

  • Ternary Plot

三元圖顯示了物種在不同樣本群組中的分佈。三角形的每個角代表一組樣本,邊線標示豐度百分比,而資料點代表物種 (OTU/ASV) 落在三角形內部,其大小則對應豐度。不過,三元圖僅能呈現三組資料,若資料大於或小於三,都無法畫出三元圖唷!

上述圖示都各有其優勢與代表意義,研究者能夠從各種角度去理解本次菌相組成分析。但以上僅介紹16S生資分析升級後的部分內容,欲解鎖更多更完整的內容,歡迎洽詢基米唷!


 

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