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锐翌16S分析升级之④ Mantel test——检测微生物和环境因子之间是否有关联
发布时间:2017-11-03 17:39   点击率:
当课题需要研究微生物群落与不同环境变量之间的相关性时,比如:微生物群落与生态环境变量之间的相关性;人体微生物区与某疾病程度的相关性;不同药物组合处理疾病后,微生物组成结构与病情改善之间的相关性……该怎么操作呢?

别担心,锐翌为您支招。我们升级了新产品--Mantel test软件,实力分析微生物与环境因子是否有关联。接下来就为大家介绍这款神器。

软件简介
Mantel test由Nathan Mantel在1976年提出,在微生物研究上有着广泛的应用,是对两个矩阵相关关系的非参数统计方法。

通常将微生物群落作为一个距离矩阵(如UniFrac distance matrix),环境变量作为另一个距离矩阵(如pH、温度、地理、体重、BMI值、血糖、免疫因子等),再检验两个矩阵之间的相关性。

并且不管什么样的数据,只要能计算有距离属性的值,都可以转化为距离矩阵进行分析。若想要详细了解,可参考Smith于2015年发表在ISME的文章[1]。

在这个基础上,我们还有Partial Mantel test分析,可以将某些环境因子作为控制矩阵,计算微生物群落矩阵与剩余目标环境因子矩阵的相关性。即排除不关注的环境因子,研究关注的环境因子与微生物之间的关系。

 
案例展示
1. 与人体接触的不同运动器材及不同时间点微生物区结构的改变[2]
期刊:Microbiome    IF=8.496

随着室内运动的逐渐增多,人在于运动器材接触的同时,皮肤表面微生物也会转移到运动器材上,构成了运动器材上的微生物区。文章研究了地板、垫子、椅子、力量训练器、手柄五种器材及不同时间点的微生物区的结构组成及OUT的丰度分析,文章对微生物的组成结构和不同时间进行了Mantel test分析,发现两者不存在线性关系 (gyms 1 and 2:p > 0.05,gym 3: p = 0.05)。
 

2. 饮食影响了刺尾鱼的肠道菌群[3]
期刊:Molecular Ecology    IF=6.086

文章研究了红海中,9种刺尾鱼和3种非刺尾鱼肠道菌群的结构,并用Mantel test分析了刺尾鱼种系(宿主CO1基因)与肠道菌群,确定两者的显著相关性(r = 0.642,P < 0.001)。

 
3. 棘鱼肠道菌群与水体微生物的关系[1]
期刊:Isme Journal    IF=9.664

通过Partial Mantel test,控制棘鱼的地理位置(干扰因素),分析棘鱼肠道菌群与水体微生物的关系,无显著相关(unweighted UniFrac R = 0.176,P = 0.210;weighted R = 0.076,P = 0.333)。
 
适用范围
1、微生物群落与生态环境变量之间的相关性。
2、人体微生物区与某疾病程度的相关关系。
 

操作方法
Mantel test,R语言。最后结果是这样的:

Mantel test分析统计表格

第1列为环境因子名称。
第2列r统计量,r大于0表示正相关,r小于0表示负相关,r值的绝对值越大则越相关。
第3列p表示显著性水平,小于0.05表示具有显著性相关。


文献来源:
1、Smith CC, Snowberg LK, Gregory CJ, et al. Dietary input of microbes and host genetic variation shape among-population differences in stickleback gut microbiota [J]. Isme Journal, 2015, 9(11): 2515.
2、Wood M, Gibbons SM, Lax S, et al. Athletic equipment microbiota are shaped by interactions with human skin [J]. Microbiome, 2015, 3(1): 25.
3、Miyake S, Ngugi DK, Stingl U. Diet strongly influences the gut microbiota of surgeonfishes [J]. Molecular Ecology, 2015, 24(3): 656.