扩增子分析QIIME2. 7元数据Metadata

原创 2017-08-04 刘永鑫 宏基因组

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本节分析需要完成本系列前两章：QIIME2安装和分析实战Moving Picture。

什么是元数据Metadata

元数据是实验设计的描述信息表或统计结果，是分析原始数据必须的基本信息。
元数据是从原始数据中获得生物学发现的关键。在QIIME2中，样品的元数据包括技术细节，如DNA条形码用于区分样品、样品描述，如分类、时间点、取样部分等。对于特征表(Feature，原称OTU)的元数据，一般为特征的注释信息，如物种分类信息。样品和特征表的元数据在QIIME2中很多步分析需要使用。

文本格式实验设计(mapping file)格式要求

为了方便分析，对样品的描述必须包括一些基本信息和格式规范，QIIME2中实验设计mapping file基本要求如下：

文件必须是制表符分隔的纯文本文件，建议使用Excel编辑并复制到纯文本编辑器(如editplus, ultraedit等)中保存为txt格式；
注释行以#开头，可以出现在文中任意位置，程序会自己忽略；
空行也会被忽略；
第一行为表头，与QIIME1相比不再以#开头，更合理；
表头每列名称必须唯一，不能包括标点符号;（建议实验设计只使用字母和数字，任何符号在后续分析都可能会有问题）
文件至少包括除表头外的一行数据；
第一列为样品名，用于标识每个样品，必须名字唯一。

下载示例元文件

mkdir qiime2-metadata-tutorial
cd qiime2-metadata-tutorial

# 下载示例样本信息
wget -O "sample-metadata.tsv" "https://data.qiime2.org/2017.7/tutorials/moving-pictures/sample_metadata.tsv"
# 下载失败，尝试下面方法
rm sample-metadata.tsv
wget http://bailab.genetics.ac.cn/markdown/QIIME2/metadata/sample-metadata.tsv

查看示例元文件—实验设计

# 使用less直接查看样品信息
less sample-metadata.tsv
# 使用QIIME2生成网页查看
qiime metadata tabulate \
  --m-input-file sample-metadata.tsv \
  --o-visualization tabulated-sample-metadata.qzv
# 查看网页结果
qiime tools view tabulated-sample-metadata.qzv

查看结果需要配置ssh方式的可视化，推荐阅读xshell+xmanager或xming配置ssh的X11转发，可图型显示支持；
或下载qzv文件在https://view.qiime2.org/网站在线查看；或直接点击下面链接查看
https://view.qiime2.org/?src=https%3A%2F%2Fdocs.qiime2.org%2F2017.7%2Fdata%2Ftutorials%2Fmetadata%2Ftabulated-sample-metadata.qzv

用户思考时间：
上面的示例元文件，subject-1的样品有多少个？来自gut的样品有多少个？
提示：linux下可以使用grep检索；网页中可以按列排序。

查看QIIME2生成的文件元数据

# 下载Alpha多样性PD算法的结果
wget -O "faith_pd_vector.qza" "https://data.qiime2.org/2017.7/tutorials/metadata/faith_pd_vector.qza"
# 结果可视化
qiime metadata tabulate \
  --m-input-file faith_pd_vector.qza \
  --o-visualization tabulated-faith-pd-metadata.qzv

请最好下载在线查看效果最好，可以网页中直接操作结果(SSH转发的图像操作效果差)？

用户思考时间：
Faith’s PD的最大值是多少？最小值是多少？提示：使用列排序功能。
qzv文件包括结果生成的过程，请查看该结果的追溯图，研究分析过程。

组合型原数据

# 将样品信息和Alpha多样性组合可视化
qiime metadata tabulate \
  --m-input-file sample-metadata.tsv \
  --m-input-file faith_pd_vector.qza \
  --o-visualization tabulated-combined-metadata.qzv

https://view.qiime2.org/?src=https%3A%2F%2Fdocs.qiime2.org%2F2017.7%2Fdata%2Ftutorials%2Fmetadata%2Ftabulated-combined-metadata.qzv 在线查看结果。用户自己的数据，需使用qiime tools view命令或下载后在线打开。

查看结果：只包括两个文件中的交集部分，这在以后是很常见的操作，用于选择部分结果。

# 组合Alpha和Beta多样性
wget -O "unweighted_unifrac_pcoa_results.qza" "https://data.qiime2.org/2017.7/tutorials/metadata/unweighted_unifrac_pcoa_results.qza"
qiime emperor plot \
  --i-pcoa unweighted_unifrac_pcoa_results.qza \
  --m-metadata-file sample-metadata.tsv \
  --m-metadata-file faith_pd_vector.qza \
  --o-visualization unweighted-unifrac-emperor-with-alpha.qzv

https://view.qiime2.org/?src=https%3A%2F%2Fdocs.qiime2.org%2F2017.7%2Fdata%2Ftutorials%2Fmetadata%2Funweighted-unifrac-emperor-with-alpha.qzv 查看组合后的结果

思才情：那一类取样位置有最高的Faith’s进化多样性值？查看中使用按body site上色，再按Faith’s PD连续着色；

查看特征(Feature/OTU)元数据

wget -O "rep-seqs.qza" "https://data.qiime2.org/2017.7/tutorials/metadata/rep-seqs.qza"
wget -O "taxonomy.qza" "https://data.qiime2.org/2017.7/tutorials/metadata/taxonomy.qza"
qiime metadata tabulate \
  --m-input-file rep-seqs.qza \
  --m-input-file taxonomy.qza \
  --o-visualization tabulated-feature-metadata.qzv

https://view.qiime2.org/?src=https%3A%2F%2Fdocs.qiime2.org%2F2017.7%2Fdata%2Ftutorials%2Fmetadata%2Ftabulated-feature-metadata.qzv 查看代表序列和分类信息的组合结果

用户思考：所有.qza都是元数据吗？使用qiime metadata tabulate自己试试吧。

网页中查看可以导出任意格式的结果，并可追溯实验的分析过程。