云平台 | 微生物组高分文章必备“单品” - LEfSe分析

hzqadmin 阅读：22 2024-07-31 20:02:57 评论：0

差异分析——LEfSe（LDA Efect Size）分析，自“出道”以来就备受青睐，特别是在微生物组的差异分析中，更是成为了发文的必备分析。今天，小编给大家分享一篇LEfSe分析在微生物组研究中的应用以及如何快速绘制LEfSe分析图。

LEfSe分析是一种用于发现和解释高维度数据生物标识(基因、通路和分类单元等)的分析工具，可以进行两个或多个分组的比较，它强调统计意义和生物相关性，能够在组与组之间寻找具有统计学差异的生物标识(Biomarker)。

工具使用简介

案例一：土壤剖面中微生物对铊污染的响应和适应

标题：Microbial response and adaption to thallium contamination in soil profiles

期刊：Journal of Hazardous Materials

测序技术：16S rDNA+宏基因组

摘要

铊(Tl)是一种高毒性的微量金属。矿区土壤中Tl和微生物的空间分布尚缺乏综合研究。本研究采用16S rRNA测序和网络分析方法，对典型含硫黄铁矿周边两种不同类型土壤剖面中细菌群落的共现模式进行了解析。结果表明：pH、S、Tl、Fe和TOM等地球化学参数是影响微生物群落垂直分布的驱动力。线性判别分析(LEfSe)结果显示剖面A和B中不同类群间存在显著差异。网络分析表明，两种土壤剖面均存在丰富的微生物模块多样性，且受深度影响，与Tl地球化学分馏的变化显著相关。系统发育信息进一步揭示了微生物模块主要以铁还原菌(FeRB)、铁氧化菌(FeOB)、硫氧化菌和锰还原菌为主。宏基因组分析结果表明，土壤中的Fe、Mn和S循环与Tl的生物地球化学循环密切相关，细菌网络中的共现模式以及微生物与Tl不同地球化学组分之间的相关性，可为利用本土微生物对Tl污染土壤进行生物修复提供参考。

实验设计

某黄铁矿矿区采集土壤剖面（A、B）的土壤样本，从A剖面采集9个土壤样品(A1 ~ A9)，从B剖面采集9个土壤样品(B1 ~ B9)，每个样品在两个剖面中从表面到底部间隔3 ~ 4 cm采集。从剖面A和B分别获得PA-1 (0 ~ 24 cm)、PA-2 (24 ~ 48 cm)、PA-3 (48 ~ 72 cm)和PB-1 (0 ~ 20 cm)、PB-2 (20 ~ 40 cm)、PB-3 (40 ~ 60 cm) 3层。每3个样本(即A1、A2、A3;A4、A5、A6;A7、A8、A9;B1、B2 、B3;B4、B5、B6;B7、B8、 B9)，每个样本进一步分为两部分，一部分用于微生物分析，另一部分用于理化性质分析。

技术路线

研究结果

图1 Top10的细菌门水平的两种土壤剖面群落组成（a）和LEfSe分析（b）

图2 微生物群落与环境因子的CCA分析

图3 不同菌群OTU网络分析，不同的模块(a)和不同的门水平(b)的结果。

图4 土壤剖面（A、B）中微生物网络中模块和环境变量之间的相关性热图

图5 铁代谢(a)、锰代谢(b)和硫代谢(c)相关基因的相对丰度

研究结论

本研究对某典型矿区的两种土壤剖面进行了Tl污染和微生物群的综合调查。采用16S rRNA测序、网络分析和宏基因组技术，对土壤参数(pH、S和Mn)和Tl组分(Tlexc、Tlred和Tloxi)差异显著的土壤剖面进行了研究。线性判别分析(LEfSe)结果显示剖面A和B中不同类群间存在显著差异。CCA分析和共现网络分析表明，地球化学参数的巨大变化可能形成了两种土壤剖面中不同的微生物群落。Spearman相关分析进一步表明，土壤微生物类群与Tl组分之间存在密切的相关性，进一步证实了FeOB和FeRB等土壤微生物与Tl之间存在显著的相互作用。宏基因组学检测到与Fe(II) - Fe(III)摄取、硫酸盐还原、Mn转运和相关氧化酶等代谢和/或过程相关的基因。这些基因的变异可能导致Tl组分的变化，提示这些基因在Tl生物地球化学循环中的潜在作用。本研究有助于更好地理解不同Tl污染水平典型土壤剖面中Tl与微生物群落结构的关系，并为Tl污染土壤的生物修复提供新的指示。

通过以上这篇文章，想必您对LEfSe分析的应用有了一定的了解，其实就是通过差异分析找到组与组（或样本与样本）之间具有统计学差异的生物标识（Biomarker），该标识可为后续研究提供新的靶点。

话不多说，接下来给大家分享的是如何利用元莘生物云平台快速绘制LEfSe图，全是“干货”，赶紧收藏起来~

登录小工具

1、首先打开云工具网址：http://cloud.origin-gene.com/（推荐使用谷歌浏览器打开），找到LEfSe分析小工具（首次使用需要先注册哦~），然后开始进行上传数据等操作。