10. Structure结构图

物种结构图常用来展现样本主要微生物的分布情况，多用堆叠柱状图的形式出现。本章节structure_plot模块可以基于平均值、中位数、最大丰度、最小丰度的四种方式筛选TOP物种，并进行结构图展示。

structure_plot模块

structure_plot模块是基于4.1的data_filter函数筛选出各个级别的核心微生物，因此可以直接仿照data_filter函数语法，读取dataframe、list和file三种格式。

10.1.1 参数介绍

• data

  输入微生物数据支持dataframe和list两种格式,dataframe应符合3.1 中的格式要求，也可将不同级别微生物数据dataframe直接合并为list输入。

• dir:

  指定微生物数据文件存放的地址，文件可以以csv和txt格式保存，格式应符合3.1 中的格式要求。

• min_relative：

  指定最小的微生物物种相对丰度数值，低于此阈值的相对丰度将会被过滤为0。

• min_ratio：

  指定最小的微生物物种在至少一个分组内的出现率，低于此阈值的物种将会被过滤。

• design：

  指定样本分组信息mapping文件,支持直接输入dataframe或者指定文件地址。

• measure:

  指定特定的微生物物种按照由低到高的丰度重新排序样本

• num:

  指定展示微生物物种的最大数量，其余物种将会合并如Others

• structure_method：

  指定判断微生物物种名次的方式。（mean,median,max,min)【默认：mean】

• estimate_group:

  指定根据全部分组或者某一组的数据判断微生物的名次，默认为全部分组数据。【默认：default】

• tax_level:

  调整出图后物种的排序。

• pattern：

  指定在文件夹内微生物数据文件名的特征信息，与dir配合使用。

• output：

  指定是否将核心微生物计算结果输出。【默认：关闭】

• change：

  Qiime2产生物种注释结果中有时出现完全为空的情况（d__Bacteria;__;__)，打开此选项后可以将其修正为（d__Bacteria;Other;Other)。【默认：关闭】

• change_name：

  指定空注释的修改名，与change配合使用。【默认：Other】

• row_panel:

  指定拼图结果输出每行的图形数目。

• group_level:

  指定图形中分组显示的排列顺序。

• palette:

  指定绘图色板。

• mytheme:

  支持ggplot2主题代码，便于图形美化。

10.1.2 使用范例

代码示例：

library(EasyMicroPlot) # 加载包
# 基本使用方式,自动按照均值前10名绘制物种结构图
structure_re <- structure_plot(dir  = '16s_data/',design = 'mapping/mapping.txt',
                               min_relative = 0.001,min_ratio = 0.7,num=10) 
structure_re$result$filter_data ## 这里存储了前置data_filter函数过滤的核心微生物结果
structure_re$result$top_abundance ## 这里存储了结构图中TOP显示物种的丰度数据
structure_re$pic ## 这里存储了各个微生物物种级别及各组的结构图

基本计算结果：

Tips 1: 这里仅展示纲级别的结果，用户可以根据输入数据情况查看其他级别的结果。

# TOP物种的纲水平的数据
structure_re$result$top_abundance$class

# 纲级别物种完整注释名称
structure_re$result$filter_data$class_ID

    ID                                                    tax
1   V1                                 Unassigned;Other;Other
2   V2         k__Bacteria;p__Acidobacteria;c__Acidobacteriia
3   V3                 k__Bacteria;p__Acidobacteria;c__iii1-8
4   V4        k__Bacteria;p__Actinobacteria;c__Actinobacteria
5   V5        k__Bacteria;p__Actinobacteria;c__Coriobacteriia
6   V6             k__Bacteria;p__Actinobacteria;c__MB-A2-108
7   V7            k__Bacteria;p__Bacteroidetes;c__Bacteroidia
8   V8         k__Bacteria;p__Bacteroidetes;c__Flavobacteriia
9   V9       k__Bacteria;p__Bacteroidetes;c__Sphingobacteriia
10 V10             k__Bacteria;p__Chloroflexi;c__Anaerolineae
11 V11                 k__Bacteria;p__Cyanobacteria;c__4C0d-2
12 V12            k__Bacteria;p__Cyanobacteria;c__Chloroplast
13 V13      k__Bacteria;p__Deferribacteres;c__Deferribacteres
14 V14                   k__Bacteria;p__Firmicutes;c__Bacilli
15 V15                k__Bacteria;p__Firmicutes;c__Clostridia
16 V16           k__Bacteria;p__Firmicutes;c__Erysipelotrichi
17 V17                               k__Bacteria;p__GAL15;c__
18 V18                              k__Bacteria;p__OD1;c__ZB2
19 V19   k__Bacteria;p__Proteobacteria;c__Alphaproteobacteria
20 V20    k__Bacteria;p__Proteobacteria;c__Betaproteobacteria
21 V21   k__Bacteria;p__Proteobacteria;c__Deltaproteobacteria
22 V22 k__Bacteria;p__Proteobacteria;c__Epsilonproteobacteria
23 V23   k__Bacteria;p__Proteobacteria;c__Gammaproteobacteria
24 V24                            k__Bacteria;p__TM7;c__TM7-3
25 V25               k__Bacteria;p__Tenericutes;c__Mollicutes
26 V26     k__Bacteria;p__Verrucomicrobia;c__Verrucomicrobiae

图形结果展示：

# 纲级别核心微生物结构图，用户可以根据输入数据提取其他级别
structure_re$pic$class$barplot$Total

# 图形输出可以通过多个参数对图形进行美化
top_num <- 5 ## 选取前五名物种
group_order <- c('ID','CT','IO') ## 设定排序，名称需要绝对一致
tax_order <- c('Others','V7','V15','V16','V21','V22') 
cols <- c("#432c39", "#437478", "#b8b7a1", "#eed7b8","#e5855f", "#db6c4e", "#d24d3a") ## 设定颜色方案

# mytheme 支持ggplot2主题语法
library(ggplot2)
newtheme_slope=theme(axis.text.x =element_text(angle = 45, hjust = 1,size = 10))
# 出图
# 注意由于设置了只符合纲级别的tax_level参数，因此建议只输入纲级别数据，否则其他级别数据将会因无法匹配而出现warning
# 这里可以利用pattern参数，根据文件名只选择读取纲级别数据；也可以利用预读取纲级别数据，再利用data参数输入
structure_re <- structure_plot(dir  = '16s_data/',design = 'mapping/mapping.txt',
                               min_relative = 0.001,min_ratio = 0.7,num=top_num,
                               group_level = group_order,tax_level =tax_order,palette = cols,
                               mytheme =newtheme_slope,pattern = 'L3',measure = 'Others')