ggbiplot-最好看的PCA作图：样品PCA散点+分组椭圆+主成分丰度和相关

写在前面

https://github.com/vqv/ggbiplot/blob/master/README.md

前几天在《宏基因组0》微信讨论群看到了有人发了一个上面链接，点开一看居然是一条命令出帅图，真是太实用了。我立即使用本领域的OTU表上进行了测试，效果很好，现分享给大家，欢迎大家留言补充。

ggbiplot简介

ggbiplot是一款PCA分析结果可视化的R包工具，可以直接采用ggplot2来可视化R中基础函数prcomp() PCA分析的结果，并可以按分组着色 、分组添加不同大小椭圆、主成分与原始变量相关与贡献度向量等。

An implementation of the biplot using ggplot2. The package provides two functions: ggscreeplot() and ggbiplot(). ggbiplot aims to be a drop-in replacement for the built-in R function biplot.princomp() with extended functionality for labeling groups, drawing a correlation circle, and adding Normal probability ellipsoids.

ggbiplot安装和官方示例

R包，建议在Rstudio中使用更方便

# 安装包，安装过请跳过install.packages("devtools", repo="http://cran.us.r-project.org")library(devtools)install_github("vqv/ggbiplot")# 最简单帅气的例子data(wine)wine.pca <- prcomp(wine, scale. = TRUE)# 演示样式ggbiplot(wine.pca, obs.scale = 1, var.scale = 1,         groups = wine.class, ellipse = TRUE, circle = TRUE) +  scale_color_discrete(name = '') +  theme(legend.direction = 'horizontal', legend.position = 'top')# 基本样式plot(wine.pca$x) # 原始图，大家可以尝试画下，不忍直视

看，是不是一条命令就把prcomp()得到的主成分分析PCA的结果展示的淋漓尽致。是不是瞬间有了高分文章的B格。

主要结果说明:

• 坐标轴PC1/2的数值为总体差异的解释率；
• 图中点代表样品，颜色代表分组，图例在顶部有三组；
• 椭圆代表分组按默认68%的置信区间加的核心区域，便于观察组间是否分开；
• 箭头代表原始变量，其中方向代表原始变量与主成分的相关性，长度代表原始数据对主成分的贡献度。

更详细的PCA原理、推导、图解，请跳转《一文看懂PCA主成分分析》，再点击阅读原文。重点关注——PCA结果解释部分。

OTU表实战

本实战，基于本公众号之前发布文章 《扩增子分析教程-3统计绘图-冲击高分文章》中提供测试数据的OTU表、实验设计和物种注释信息，需要者可前往下载。

PCA分析OTU表和可视化

# 菌群数据实战# 读入实验设计design = read.table("design.txt", header=T, row.names= 1, sep="\t") # 读取OTU表otu_table = read.delim("otu_table.txt", row.names= 1,  header=T, sep="\t")# 过滤数据并排序idx = rownames(design) %in% colnames(otu_table) sub_design = design[idx,]count = otu_table[, rownames(sub_design)]# 基于OTU表PCA分析otu.pca <- prcomp(t(count), scale. = TRUE)# 绘制PCA图，并按组添加椭圆ggbiplot(otu.pca, obs.scale = 1, var.scale = 1,         groups = sub_design$genotype, ellipse = TRUE,var.axes = F)

可以看到三个组在第一主轴上明显分开。

展示主要差异菌与主成分的关系

# 显著高丰度菌的影响# 转换原始数据为百分比norm = t(t(count)/colSums(count,na=T)) * 100 # normalization to total 100# 筛选mad值大于0.5的OTUmad.5 = norm[apply(norm,1,mad)>0.5,]# 另一种方法：按mad值排序取前6波动最大的OTUsmad.5 = head(norm[order(apply(norm,1,mad), decreasing=T),],n=6)# 计算PCA和菌与菌轴的相关性otu.pca <- prcomp(t(mad.5))ggbiplot(otu.pca, obs.scale = 1, var.scale = 1,         groups = sub_design$genotype, ellipse = TRUE,var.axes = T)

我们仅用中值绝对偏差(mad)最大的6个OTUs进行主成分分析，即可将三组样品明显分开。图中向量长短代表差异贡献，方向为与主成分的相关性。可以看到最长的向量Streptophyta与X轴近平行，表示PC1的差异主要由此菌贡献。其它菌与其方向相反代表OTUs间可能负相关；夹角小于90%的代表两个OTUs有正相关。

ggbiplot官网简介

ggbiplot

An implementation of the biplot using ggplot2. The package provides two functions: ggscreeplot() and ggbiplot(). ggbiplot aims to be a drop-in replacement for the built-in R function biplot.princomp() with extended functionality for labeling groups, drawing a correlation circle, and adding Normal probability ellipsoids.

ggbiplot使用和参数

?ggbiplotggbiplot(pcobj, choices = 1:2, scale = 1, pc.biplot =  TRUE, obs.scale = 1 - scale, var.scale = scale, groups =  NULL, ellipse = FALSE, ellipse.prob = 0.68, labels =  NULL, labels.size = 3, alpha = 1, var.axes = TRUE, circle  = FALSE, circle.prob = 0.69, varname.size = 3,  varname.adjust = 1.5, varname.abbrev = FALSE, ...)pcobj # prcomp()或princomp()返回结果choices # 选择轴，默认1：2scale   # covariance biplot (scale = 1), form biplot (scale = 0). When scale = 1, the inner product between the variables approximates the covariance and the distance between the points approximates the Mahalanobis distance.obs.scale # 标准化观测值var.scale # 标准化变异pc.biplot # 兼容 biplot.princomp()groups # 组信息，并按组上色ellipse # 添加组椭圆ellipse.prob # 置信区间labels  # 向量名称labels.size # 名称大小alpha # 点透明度 (0 = TRUEransparent, 1 = opaque)circle # 绘制相关环(only applies when prcomp was called with scale = TRUE and when var.scale = 1)var.axes # 绘制变量线-菌相关varname.size # 变量名大小varname.adjust # 标签与箭头距离 >= 1 means farther from the arrowvarname.abbrev # 标签是否缩写

猜你喜欢

• 一文读懂：1微生物组 2进化树 3预测群落功能
• 热文：1图表规范 2DNA提取 3 实验vs分析
• 必备技能：1提问 2搜索 3Endnote
• 文献阅读 1热心肠 2SemanticScholar 3geenmedical
• 扩增子分析：1图表解读 2分析流程 3统计绘图 4群落功能 5进化树
• 科研团队经验：1云笔记 2云协作 3公众号
• 系列教程：1Biostar 2微生物组 3宏基因组
• 生物科普 1肠道细菌 2生命大跃进 3细胞的暗战 4人体奥秘

写在后面

为鼓励读者交流、快速解决科研困难，我们建立了“宏基因组”专业讨论群，目前己有国内外100+ PI，800+ 一线科研人员加入。参与讨论，获得专业解答，欢迎分享此文至朋友圈，并扫码加主编好友带你入群，务必备注“姓名-单位-研究方向-职称/年级”。技术问题寻求帮助，首先阅读《如何优雅的提问》学习解决问题思路，仍末解决群内讨论，问题不私聊，帮助同行。

学习扩增子、宏基因组科研思路和分析实战，关注“宏基因组”

点击阅读原文，跳转最新文章目录阅读
https://mp.weixin.qq.com/s/5jQspEvH5_4Xmart22gjMA