FMS
FMS算法简介
Flex Meta-Storms（FMS）算法首次实现了微生物组β多样性的“局部对齐”概念。对于感兴趣的微生物（例如生物标志物），FMS在微生物组对之间产生归一化的系统发育距离。因此，FMS可以挖掘社区样本中一小部分微生物产生的潜在关系，以更大的敏感性和灵活性阐明β多样性，从而有助于更深入地了解微生物-宿主相互作用效应。FMS是作为一个独立的软件包开发的。
微生物组与周围的环境有着密切的互作关系。Beta多样性是微生物组研究与应用的关键基础，能够定量评估复杂群落之间的差异。当前，beta多样性主要基于“全局比对”，即利用群落内全部成员计算总体距离（图1A）。然而，当环境特征（如某些疾病）只与一小部分的微生物有关时，这些微小的改变不足以对整体层面的距离产生影响，从而模糊了微生物与疾病之间的关联。
针对以上问题，苏晓泉教授前期提出了微生物组“局部比对”的概念，并应mSystems期刊（SCI IF= 7.324）主编邀请，将此算法概念发表于该期刊的“2021青年科学家特刊”。在此基础上，研究组首次对微生物组局部比对算法FMS进行了具体实现（图1B）。与现有的 “全局比对”算法相比，FMS能够识别出难以感知的细微差异，表现出了更好的敏感性和特异性。因此，FMS算法有助于深入理解微生物组与宿主的相互作用，促进微生物组大数据的深入研究与广泛应用。
使用方法
a.输入数据格式
FMS需要两个文件来计算微生物组之间的“局部距离”：
微生物丰度表（例如OTU表）。目前，FMS支持Greengenes的OTU（v13-8）。更多参考数据库将很快发布。例如
OTU_1 OTU_2 OTU_3 ... OTU_M Sample_1 0.1 0 0.1 ... 0.2 Sample_2 0.2 0.1 0 ... 0.1 ... ... ... ... ... ... Sample_N 0 0.3 0.2 ... 0.3
确切的感兴趣标记
#Markers OTU_2 OTU_5 ... OTU_x
生物标志物可以由用户以上述格式手动分配（例如从LefSe解析），也可以在以下步骤中通过秩和测试自动选择。
b.精确的生物标志物选择（可选）
FMS提供了一个基于秩和测试的生物标志物选择工具。这种生物标志物选择需要以下格式的微生物丰度表和元数据：
Group Sample_1 H Sample_2 D ... ... Sample_N D
PM_Marker_Test.R -i dataset.abd -m dataset.meta -o Marker
在这里，“dataset.abd”是微生物丰度表，“dataset.meta”是元数据，“Marker”是选定生物标志物的输出目录。在“标记”目录中，“Out.Group.sig.meanTests.xls”文件是组之间有显著差异的选定生物标志物。
c.计算Flex Meta-Storms距离（局部对齐距离）
使用精确的标记，FMS可以使用灵活提取来提取所有相关的社区成员（目标成员），该提取考虑微生物的加权分类和功能关系，然后计算归一化的系统发育距离作为局部对齐距离。
FMS-comp-taxa -T dataset.abd -M Marker/Out.Group.sig.meanTests.xls -o target.dist
输出文件“target.dist”是FMS距离的成对矩阵。“-M”分配生物标志物，这些生物标志物可以由用户手动指定（例如从LefSe等解析），也可以由FMS包中的“PM_Marker_Test.R”选择。
d.在精确标记上计算距离（可选）
FMS也只能在精确的标记上计算距离（没有灵活的目标成员提取）。
FMS-comp-taxa -T dataset.abd -M Marker/Out.Group.sig.meanTests.xls -k -o exact.dist
输出文件“exact.dist”是精确标记上距离的配对矩阵。“-k”是精确标记上距离的开关。“-M”分配生物标志物，这些生物标志物可以由用户手动指定（例如从LefSe等解析），也可以由FMS包中的“PM_Marker_Test.R”选择。
参考路径 /TJPROJ1/META_ASS/soft/flex-meta-storms/example
sh Readme 或键入以下命令来计算Flex Meta-Storms距离： #Biomarker selection for samples PM_Marker_Test.R -m dataset.meta -i dataset.abd -o Marker #Calculate the Flex Meta-Storms distance of the samples FMS-comp-taxa -T dataset.abd -M ./Marker/Out.Group.sig.meanTests.xls -o target.dist #Calculate the Meta-Storms distance on exact markers of the samples FMS-comp-taxa -T dataset.abd -M ./Marker/Out.Group.sig.meanTests.xls -k -o exact.dist
输出描述
我们还提供了示例输出 https://github.com/qdu-bioinfo/flex-meta-storms/tree/master/example/example_output
target.dist：136个样本的常规配对Flex Meta-Storms距离 target.dist.target_marker：136个样本中目标成员的相对丰度 exact.dist：136个样本的精确标记上的正则成对元风暴距离 exact.dist.exact_marker：136个样本中精确标记的相对丰度
参考文献
Mingqian Zhang$, Wenke Zhang$, Yuzhu Chen, Jin Zhao, Shunyao Wu, Xiaoquan Su*, Flex Meta-Storms elucidates the microbiome local beta-diversity under specific phenotypes. Bioinformatics, 2023, DOI: https://doi.org/10.1093/bioinformatics/btad148.
flex_meta-storms_elucidates_the_microbiome_local_beta-diversity_under_specific_phenotypes.pdf
