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GMDS 2013: 58. Jahrestagung der Deutschen Gesellschaft für Medizinische Informatik, Biometrie und Epidemiologie e. V. (GMDS)

Deutsche Gesellschaft für Medizinische Informatik, Biometrie und Epidemiologie

01. - 05.09.2013, Lübeck

Statistische Analyse der Biosphäre und ihrer Diversität am Beispiel mikrobieller Populationen aus den Wurzelregionen von Nutzpflanzen

Meeting Abstract

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  • Kai Antweiler - Otto-von-Guericke-Universität Magdeburg, Magdeburg, DE
  • Siegfried Kropf - Otto-von-Guericke-Universität Magdeburg, Magdeburg, DE

GMDS 2013. 58. Jahrestagung der Deutschen Gesellschaft für Medizinische Informatik, Biometrie und Epidemiologie e.V. (GMDS). Lübeck, 01.-05.09.2013. Düsseldorf: German Medical Science GMS Publishing House; 2013. DocAbstr.13

doi: 10.3205/13gmds172, urn:nbn:de:0183-13gmds1721

Published: August 27, 2013

© 2013 Antweiler et al.
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Einleitung: Einige landwirtschaftliche Eingriffe haben die spezifische Elimination eines bestimmten pathogenen Organismus zum Ziel, während die übrige Biosphäre möglichst unbeeinflusst bleiben soll. In diesem Zusammenhang sind sowohl ein univariater Nachweis der Effektivität als auch ein multivariater Nachweis der Äquivalenz für die restlichen Endpunkte wünschenswert. Mit modernen Messmethoden wie der Pyrosequenzierung [1] lassen sich umfangreiche Datensätze über die Zusammensetzung der Biosphäre der Wurzelregion einer Pflanze gewinnen. Die Endpunkte sind hierbei die relativen Häufigkeiten der gemessenen Mikroben. Als Grundlage unserer Präsentation dienen Pyrosequenzierungsdatan zu Pilzpopulationen aus der Wurzelregion von Salatpflanzen. Die Behandlungsgruppen wurden mit dem Bakteruim Pseudomonas jessenii RU46 inokuliert. Dieses Bakterium reduziert das Vorkommen des phytopathogenen Pilzes Rhizoctonia solani, der für hohe Ernteschäden verantwortlich gemacht wird. In dem mehrfaktoriellen statistischen Ansatz der Datenanalyse werden zusätzlich Bodentyp und standortbedingte klimatische Bedingungen berücksichtigt

Methoden: Die Gesamtmenge der Endpunkte wird mit globalen Verfahren ausgewertet, da die Auswertung jedes einzelnen Endpunktes für sich alleine in dem beschriebenen hochdimesionalen Fall praktisch nur für kleinere Untermengen realisierbar ist. Nur die Endpunkte denen eine besondere Bedeutung zugemessen wird, werden univariat kontrolliert. Durch die Diversitäten der Populationen lässt sich zusätzlich ein Richtungscharakter der Veränderungen einbringen. Eine Abnahme der Diversität spricht eher für einen Verlust nötiger Funktionen als es bei einer Zunahme anzunehmen wäre. Hohe Diversität spricht ebenfalls für die Robustheit einer Population gegen sich ändernde Umweltbedingungen. Zur Behandlung der Äquivalenzfragestellung haben wir eine Klasse von Tests eingeführt, die auf multivariaten Distanzmaßen zwischen den Stichprobenelementen aufbauen. Diese wurden bereits auf der GMDS 2012 von uns vorgestellt [1]. Sie stellen eine Fortentwicklung der Tests auf Unterschied aus Kropf et. al. [2] dar und beruhen auf asymptotischen Resamplingverfahren zur Berechnung eines Konfidenzintervalls für eine monotone Transformation multivariater Abstandsmaße. Die Absicherung der Äquivalenz entspricht hierbei der Beschränkung eines einseitigen Konfidenzintervalls im Abstandssinn. Die Äquivalenzgrenze wird durch Referenzmessungen an zusätzlichen Kontrollproben ermittelt, die unter abweichenden, aber natürlichen Umweltbedingungen, gezüchtet wurden.

Ergebnisse: Die Pyrosequenzierungsdaten befinden sich zurzeit noch in der bioinformatischen Aufbereitungsphase. Die Endergebnisse sollen als Teil des Beitrags präsentiert werden.


Literatur

1.
Ding GC, Heuer H, Smalla K. Dynamics of bacterial communities in two unpolluted soils after spiking with phenanthrene: soil type specific and common responders. Front Microbio. 2012;3:290.
2.
Kropf S, Lux A, Eszlinger M, Heuer H, Smalla K. Comparison of independent samples of high-dimensional data by pairwise distance measures. Biometrical journal. 2007;49:230-241.
3.
Antweiler K, Kropf S. Tests auf multivariate Äquivalenz für hochdimensionale Problemstellungen unter strikter Kontrolle gezielter Endpunkte. Vortrag auf der 57. Jahrestagung der GMDS, 2012.