跟著ISME學畫圖:柱狀圖+熱圖組合展示微生物功能

應用案例

Fig. 2 Impact of litter quality and long-term drought on microbialphysiology. a Mean relative abundance of transcripts at level 1 ofSubsystems classifification in grass and shrub litter communities underambient precipitation (n = 9–12). b Total number of genes annotatedwithin each level 1 category (c) Frequency of signifificant transcriptindicators (p < 0.05) in level 1 functional categories across litter typeunder ambient precipitation (n = 9–12). （Malik et al., 2020, ISME)

分析代碼

########## heatmap + barplot 

# heatmap

library(car)

library(pheatmap)

library(ggplot2)

##導入數據

aa<-read.csv("D://RF_analysis.csv") #關注後可後臺加微信獲取

#標準化

# N<-scale(t(se_phy))

## 設置空白顏色+展示數字

pheatmap(aa[1:15,1], fontsize_number=10,fontsize = 7,cluster_rows = FALSE, color=colorRampPalette(c("white", "gray98"))(500),

         cluster_cols = FALSE,fontface = "bold",border="white", display_numbers = T,number_format="%.0f")

## 設置黑白配色

pheatmap(aa[5:19,3:4], fontsize_number=10,fontsize = 7,cluster_rows = FALSE, color=colorRampPalette(c("white", "gray45"))(500),

         cluster_cols = FALSE,fontface = "bold",border="white", display_numbers = T,number_format="%.0f")

##綠色色系

pheatmap(aa[5:19,7:8], fontsize_number=10,fontsize = 7,cluster_rows = FALSE, color=colorRampPalette(c("white", "#9BCD9B"))(500),

         cluster_cols = FALSE,fontface = "bold",border="white",  display_numbers = T,number_format="%.0f")

# 黃色色系

pheatmap(aa[1:15,9:10], fontsize_number=10,fontsize = 7,cluster_rows = FALSE, color=colorRampPalette(c("white", "#DEB887"))(500),

         cluster_cols = FALSE,fontface = "bold", display_numbers = T,border="white",number_format="%.0f")

# barplot

library(randomForest)

library(ggplot2)

aa<-read.csv("D://RF_analysis.csv",row.names = 1)

aa<-as.data.frame(aa)

##隨機森林分析

set.seed(315)

bb= randomForest( aa$AP ~., data=aa, mtry=3,

                  importance=TRUE, na.action=na.omit)

df<-round(importance(bb), 2)

df<-as.data.frame(df)

df<-cbind(df,rownames(df))

##柱狀圖繪製

ggplot(df, aes(y=df$`rownames(df)`, x =df$`%IncMSE`)) + 

  geom_bar(stat = "identity", width = 0.6,position = "dodge",colour="black",fill="#DEB887",alpha=1) + 

  labs(y="", x="", title = "",size=9)+

  theme_bw() +

  theme(axis.text.x = element_text(size = 9, angle = 90, hjust = 1)) +

  theme(axis.text=element_text(colour='black',size=9))+

  theme(panel.grid.major = element_blank(),

        panel.grid.minor = element_blank(), 

        panel.border = element_blank(), 

        axis.ticks = element_blank())

分析結果

原文概覽

1 文章亮點：

  2020年初，Malik等在ISME上的文章「Defining trait-based microbial strategies with consequences for soil carbon cycling under climate change」提出了用微生物策略研究氣候變化下碳循環的思路，不同生活策略的代謝投資將影響土壤碳降解。而本研究通過宏轉錄組學方法和代謝組學方法，首次揭示了乾旱脅迫下微生物在細胞生長（Y-strategists）、資源獲取（A-strategists）和滲透維持（S-strategists）之間的權衡。作者指出，在乾旱條件下，微生物代謝更多的分配到溶質合成來維持細胞滲透平衡，關於細胞生長和植物殘體降解的代謝對應減少。微生物對資源獲取途徑的投資，會進一步限制了乾旱條件下微生物的生長。

2 摘要：

乾旱會對微生物造成一種環境壓力，已知乾旱會減少生態系統中的微生物活動和有機質分解。然而，我們對微生物分解者對乾旱脅迫的響應缺乏具體的認識。本研究利用宏轉錄組學和代謝組學研究了加州草地和灌木生態系統中植物凋落物原位微生物群落對長期乾旱的生理響應。我們假設，相對於細胞生長途徑，乾旱導致微生物代謝更多的分配到脅迫耐受性（stress tolerance）。在草地凋落物中，經過10年乾旱脅迫處理的群落具有明顯的微生物分類特徵和功能特徵。乾旱最明顯的生理特徵是產生溶質來維持細胞的滲透平衡，以及合成包膜和胞外聚合物作為保持水分的機制。結果表明，草地凋落物群落對乾旱具有明顯的功能響應，其生存分配（survival）比生長（growth）分配更大，可影響草地的植物殘體分解。相比之下，化學性質多樣性和複雜灌木凋落物群落對長期乾旱響應的生理差異較小，但對資源獲取性狀（resource acquisition）的投入較高，表明對乾旱的功能響應受底物質量（substrate quality）的制約。本研究首次揭示了植物凋落物微生物群落在抗旱性、資源獲取和生長性狀（growth traits）之間的權衡關係。

3 參考文獻：

Malik A A , Swenson T , Weihe C , et al. Drought and plant litter chemistry alter microbial gene expression and metabolite production[J]. The ISME Journal, 2020:1-12.