nature communications 杂志同款三元图：Ternary plots

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发布于 2025-02-05 13:42:32

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前面我们已经给大家介绍过来自 nature communicattions 杂志的高颜值小提琴图：《NC杂志同款高颜值小提琴图》，这篇文章里面还有很多其他高颜值科研绘图，今天来看看这个三元图吧！文献还是《A highly conserved core bacterial microbiota with nitrogen-fixation capacity inhabits the xylem sap in maize plants》，图片如下：

图注：

图2 玉米细菌群落沿土壤-植物连续体的组成。 f. 三种施肥处理下木质部汁液中OTU的三元图。每个点的大小表示OTU的相对丰度。位置由三种施肥处理对总相对丰度的贡献决定，靠近某个顶点表示该OTU在该施肥处理下富集。圆圈的颜色对应不同的属。灰色圆圈表示丰度没有显著差异的OTU。

数据背景

总共有10种不同微生物群落细菌：

克雷伯氏菌属（Klebsiella）：一种常见的革兰氏阴性细菌，广泛存在于环境中，部分种类可致病。
假单胞菌属（Pseudomonas）：一种广泛分布的革兰氏阴性细菌，具有很强的代谢能力，部分种类对植物有益，部分种类可致病。
肠杆菌科未分类（Enterobacteriaceae_unclassified）：属于肠杆菌科，但尚未明确分类到具体属或种的细菌。
罗森贝吉氏菌属（Rosenbergiella）：一种相对较少被研究的细菌属，通常与海洋或淡水环境相关。
草酸杆菌科未分类（Oxalobacteraceae_unclassified）：属于草酸杆菌科，但尚未明确分类到具体属或种的细菌。
鞘氨醇单胞菌属（Sphingobacterium）：一种革兰氏阴性细菌，通常存在于土壤和水体中，部分种类与植物共生。
乳酸球菌属（Lactococcus）：一种革兰氏阳性细菌，广泛用于发酵工业，如奶酪和酸奶的制作。
欧文氏菌属（Erwinia）：一种革兰氏阴性细菌，部分种类是植物病原菌，可引起植物软腐病。
其他（Others）：指除上述分类之外的其他细菌。
无显著差异（NotSig）：指在统计分析中未表现出显著差异的细菌。

OUTs含义

全称：操作分类单元（Operational Taxonomic Units，OTUs）

1. 定义 操作分类单元（OTUs）是一种在微生物生态学和分子生物学中常用的术语，用于对微生物群落中的微生物进行分类和分析。OTUs是基于微生物的遗传特征（通常是16S rRNA基因序列）将微生物划分为不同的“分类单元”，而不是基于传统的形态学分类。 2. 背景 在微生物生态学研究中，直接观察和鉴定微生物的种类往往非常困难，因为许多微生物无法在实验室中培养，或者其形态特征不足以区分不同的物种。因此，科学家们通常通过分析微生物的基因序列来推断其种类和多样性。16S rRNA基因是细菌和古菌中高度保守的基因，其序列的差异可以用来区分不同的微生物种类。 3. OTUs的划分方法 OTUs通常是通过将微生物的基因序列进行聚类分析来划分的。具体步骤如下：

序列比对：将从样本中获得的微生物基因序列（如16S rRNA基因序列）与已知的参考数据库进行比对。
相似性阈值：选择一个相似性阈值（如97%），将相似度高于该阈值的序列归为同一个OTU。例如，如果两个序列的相似度达到97%，则认为它们属于同一个OTU。
聚类分析：使用聚类算法（如UPGMA、Neighbor-Joining等）将所有序列划分为不同的OTU。

4. OTUs的意义 OTUs在微生物生态学研究中具有重要意义：

多样性分析：OTUs可以用来评估微生物群落的多样性，包括物种丰富度（Species Richness）和均匀度（Evenness）。
群落结构分析：通过比较不同样本中的OTUs组成，可以研究微生物群落的结构和功能差异。
生态学研究：OTUs可以帮助科学家理解微生物在不同环境中的分布和生态功能，例如在土壤、水体、人体肠道等生态系统中的作用。

5. OTUs的局限性 尽管OTUs是一种非常有用的工具，但它也有一些局限性：

阈值选择的主观性：OTUs的划分依赖于相似性阈值的选择，不同的阈值可能导致不同的结果。
无法完全反映物种差异：OTUs是基于序列相似性划分的，可能无法完全反映微生物的生物学差异。例如，两个序列相似度为97%的微生物可能在生态功能上存在显著差异。
依赖于参考数据库：OTUs的划分依赖于已知的参考数据库，如果数据库不完整或不准确，可能会影响OTUs的划分结果。

6. OTUs与其他分类方法的比较

物种（Species）：OTUs与传统生物学中的“物种”概念不同。物种是基于形态学、生理学和遗传学特征综合定义的，而OTUs主要是基于基因序列的相似性。
ASVs（Amplicon Sequence Variants）：近年来，ASVs逐渐成为一种替代OTUs的新方法。ASVs是基于单个核苷酸变异来划分微生物种类，能够更精确地反映微生物的多样性。

三种实验条件

不同施肥处理下的微生物相对丰度：

CK对照组（Control）：未施肥；
NPK：施用氮肥、磷肥和钾肥的化肥；
NPKM：施用有机肥料加化肥。

数据地址：https://github.com/PlantNutrition/Liyu

Fig2/Tern_data.txt数据每列的含义：

size：每个OTU（操作分类单元）的相对丰度或大小
Kingdom：表示微生物所属的界（Kingdom）。如，Bacteria表示细菌界。
Phylum：表示微生物所属的门（Phylum）。如，Gammaproteobacteria表示γ-变形菌门。
Class：表示微生物所属的纲（Class）。如，Gammaproteobacteria表示γ-变形菌纲。
Order：表示微生物所属的目（Order）。如，Burkholderiales表示伯克霍尔德菌目。
Family：表示微生物所属的科（Family）。如，Burkholderiaceae表示伯克霍尔德菌科。
Genus：表示微生物所属的属（Genus）。如，NotSig可能表示该OTU在属的分类上没有显著差异或未被明确分类。
enrich：表示该OTU在不同施肥处理下的富集情况。如，NotSig可能表示该OTU在不同处理下没有显著的富集差异。

这个数据展示了微生物分类信息和相对丰度，从界（Kingdom）到属（Genus）的分类信息，用于描述每个OTU的分类地位。enrich标记OTU在不同处理下的富集情况。

三元图：Ternary plots绘制

rm(list=ls())
library(ggtern)

plot_data = read.table("Fig2/Tern_data.txt", header=T, row.names= 1, sep="\t", comment.char = "")
head(plot_data)
str(plot_data)

p <- ggtern(data=plot_data, aes(x=CK, y=NPK, z=NPKM)) + 
  geom_mask() +  # 创建手动裁剪蒙版
  geom_point(aes(size=size, color=Genus),alpha=0.8) +
  scale_size(range = c(0, 10)) +
  scale_color_manual(values  = c('#E31A1C','#228B22','#1F78B4', '#FDB462', '#8B658B',  '#4876FF', '#00BFFF', '#EE82EE','#8B8682','#CDC9C9'),
                     limits = c('Klebsiella','Pseudomonas','Enterobacteriaceae_unclassified','Rosenbergiella','Oxalobacteraceae_unclassified','Sphingobacterium','Lactococcus','Erwinia','Others','NotSig')
                     ) +
  guides(size="none") + 
  theme_bw() +
  theme(axis.text=element_blank(), axis.ticks=element_blank())

p

ggsave(filename = "Fig2f.pdf", width = 9, height = 8)

结果如下：