非靶代谢组学数据预处理XCMS+IPO

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非靶代谢组学数据预处理XCMS+IPO

2024-06-25 17:33| 来源: 网络整理| 查看: 265

质谱可以用来测量样品中带电分子(离子)的丰度(即一个特定的质荷比 m/z的离子计数)。

 

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但是,当许多离子具有相同或非常相似的 m/z,光凭借质谱是很难或不可能进行区分的。因此,MS 经常与其他分离技术相结合,基于除 m/z以外的其他性质来分离分析物。比如与气相色谱法(GC)或液相色谱(LC)联用。

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这些使用LC/GC-MS联用产生的数据,需要经过一系列的预处理,才能得到一个定量的表格数据。

开源软件中,XCMS是LC-MS数据前处理引用率最高的软件,在GC-MS中也很常用(第2)。但是由于数据的复杂性,一般来说,XCMS的默认参数通常都不是最优参数。因此,需要根据数据情况进行手动查看数据,来调整参数,又或者使用IPO这个R包来根据数据集情况对参数进行调优。

IPO(Isotopologue Parameter Optimization, “同位素参数优化”) 使用稳定的天然13C同位素来计算peak picking得分。保留时间校正是通过最小化特征内的相对保留时间差异来优化的,而grouping的参数是通过一次混合样品的injection中,只有1个峰的feature的数量最大化来优化的。下边是IPO参数调优的一个流程图。

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软件准备 BiocManager::install(c("xcms","IPO"),update = FALSE, ask = FALSE) BiocManager::install("faahKO")

调用R包

library(xcms) library(IPO) library(faahKO) GC/LC-MS数据前处理

数据前处理包含3个步骤

chromatographic peak detection:色谱峰检测

alignment (also called retention time correction) :峰对齐

correspondence (also called peak grouping):峰分组

色谱峰检测

Chromatographic peak detection aims to identify peaks along the retention time axis that represent the signal from individual compounds’ ions.

简单来说就是,卡一个m/z范围,这个m/z范围理论上能代表某单个成分离子,检测这个离子沿着RT方向形成的峰。如下图的蓝色曲线。一条代表一个峰。

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色谱峰检测的算法

findChromPeaks 函数,可以使用相应参数对象进行配置算法

算法参数对象说明matchedFilterMatchedFilterParam使用的是原始XCMS文章中描述的峰值检测算法 (Smith et al. 2006)CentWaveCentWaveParamcontinuous wavelet transformation (CWT)-based peak detection(连续小波变换),可以检测出具有不同保留时间宽度的近邻和部分重叠峰(Tautenhahn, Böttcher, and Neumann 2008).massifquantMassifquantParam基于卡尔曼滤波器的峰值检测(Kalman filter-based peak detection) (Conley et al. 2014).centWaveWithPredIsoROIsCentWavePredIsoParamTwo-step centWave peak detection considering also isotopesMSWMSWParamSingle-spectrum non-chromatography MS data peak detection(用于直接进样数据)

其中,IPO支持的参数优化的算法:

centWave

matchedFilter

下边用demo数据进行演示用法

cdfs  cdfs [1] "/Users/wangqingzhong/Library/R/3.6/library/faahKO/cdf/KO/ko15.CDF" "/Users/wangqingzhong/Library/R/3.6/library/faahKO/cdf/KO/ko16.CDF" [3] "/Users/wangqingzhong/Library/R/3.6/library/faahKO/cdf/KO/ko21.CDF" "/Users/wangqingzhong/Library/R/3.6/library/faahKO/cdf/KO/ko22.CDF" [5] "/Users/wangqingzhong/Library/R/3.6/library/faahKO/cdf/WT/wt15.CDF" "/Users/wangqingzhong/Library/R/3.6/library/faahKO/cdf/WT/wt16.CDF" [7] "/Users/wangqingzhong/Library/R/3.6/library/faahKO/cdf/WT/wt21.CDF" "/Users/wangqingzhong/Library/R/3.6/library/faahKO/cdf/WT/wt22.CDF"

使用IPO找到最优参数:以matchedFilter算法为例。

# getDefaultXcmsSetStartingParams:获取起始参数。 peakpickingParameters 


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