vegan包进行PCoA分析和可视化

1. 简介

PCoA分析，即主坐标分析（principal co-ordinates analysis），是一种非约束性的数据降维分析方法，可用来研究样本的相似性或差异性，与PCA分析类似；但相比于PCA，PCoA以样本距离为整体考虑，更符合生态学数据特征，应用也更为广泛。

PCoA分析，首先对一系列的特征值和特征向量进行排序，然后选择排在前几位的最主要特征值，经过投影后并将其投影在坐标系里，结果相当于是距离矩阵的一个旋转，在低维度空间以最大限度地保留原始样本的距离关系；相似的样本在图形中的距离更为接近，相异的样本距离更远。

2. vegan包的分析结果解释

eig记录了PCoA排序结果中，主要排序轴的特征值（再除以特征值总和就是各轴的解释量）；points记录了各样本在各排序轴中的坐标值。

3. 简单实现

3.1 数据样式

OTU丰度数据就是一般OTU表或注释后的OTU丰度表，每一行为一个OTU，每一列为一个样品。
分组数据为跟样品一一对应的分组数据。

OTU.png

library(readxl)
library(ggplot2)
library(learn)
library(patchwork)
library(tidyverse)
rm(list = ls())
file <-  "C:\\Users\\...total_data\\"

genes_abundance <- read.table(file = paste0(file, "otu_table_g_relative.xls"),
                              header = TRUE, stringsAsFactors = FALSE)
genes_abundance <- genes_abundance[-ncol(genes_abundance)]
str(genes_abundance)
which(duplicated(genes_abundance$Taxonomy) == TRUE)

groups <- read_xls(path = paste0(file, "the_information_of_sample_site.xls"),
                   sheet = 3)

row.names(genes_abundance) <- genes_abundance$Taxonomy
otu <- genes_abundance[-1]
otu <- data.frame(t(otu))
head(otu)
#排序（基于 OTU 丰度表）
library(vegan)
distance <- vegdist(otu, method = 'bray')
pcoa <- cmdscale(distance, k = (nrow(otu) - 1), eig = TRUE)


# 可视化数据提取 ------------------------------------------------


# 提取样本点坐标（points记录了各样本在各排序轴中的坐标值）
# 前两轴
plot_data <- data.frame({pcoa$point})[1:2]

# 提取列名，便于后面操作。
plot_data$Sample_name <- rownames(plot_data)
names(plot_data)[1:2] <- c('PCoA1', 'PCoA2')

# eig记录了PCoA排序结果中，主要排序轴的特征值（再除以特征值总和就是各轴的解释量）
eig = pcoa$eig

#为样本点坐标添加分组信息
plot_data <- merge(plot_data, groups, by = 'Sample_name', all.x = TRUE)

# 绘制主标准轴的第1，2轴
ggplot(data = sample_site, aes(x=PCoA1, y=PCoA2, color=Group3)) +
  geom_point(alpha=.7, size=2) +
stat_chull(fill =NA) +
  labs(x=paste("PCoA 1 (", format(100 * eig[1] / sum(eig), digits=4), "%)", sep=""),
       y=paste("PCoA 2 (", format(100 * eig[2] / sum(eig), digits=4), "%)", sep=""))

PCoA.png