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deeptools 结果重新绘图
随缘
1引言
之前就有这个想法,把 deeptools computeMatrix 输出的结果尝试自己能不能 重新个性化绘制 以及 是否方便 。但一直没有施以行动,此篇推文即是关于这样一个分享。
最重要的是去理解 computeMatrix 输出的结果文件的内容,才能准确的绘图!
有关 deeptools 的介绍见:
这里从网上下载了 5 个 Chip-seq 的结果文件进行可视化,当作测试数据。
2deeptools 可视化
首先我们使用 deeptools 的功能去可视化,去看看效果怎样。
计算在基因 TSS 及 TES 的信号分布,reference-point模式:
computeMatrix reference-point -p 10 \
--binSize 50 \
--referencePoint TSS \
-a 3000 -b 3000 \
-R hg19.ncbiRefSeq.gtf \
-S Input.bigWig H3K4me1.bigWig H3K4me3.bigWig H3K27ac.bigWig H3K9ac.bigWig \
--skipZeros \
-o combine-refPoint-data.gz
scale-regions 模式:
computeMatrix scale-regions -p 10 \
--binSize 50 \
--regionBodyLength 5000 \
-a 3000 -b 3000 \
-R hg19.ncbiRefSeq.gtf \
-S Input.bigWig H3K4me1.bigWig H3K4me3.bigWig H3K27ac.bigWig H3K9ac.bigWig \
--skipZeros \
-o combine-scaleRegion-data.gz
然后使用 plotHeatmap 函数进行可视化绘制热图:
plotHeatmap -m combine-refPoint-data.gz \
--missingDataColor 1 \
--colorList 'white,#339933' \
--heatmapHeight 12 \
-o refp-heatmap.pdf
plotHeatmap -m combine-scaleRegion-data.gz \
--missingDataColor 1 \
--colorList 'white,#0066CC' \
--heatmapHeight 12 \
-o scaleRegion-heatmap.pdf
TSS:
TSS-TES:
感觉还是很不错的!
3R 里可视化
reference-point 数据
首先需要对输出的压缩文件进行解压,这里读入的是解压后的文件:
library(ggplot2)
library(tidyverse)
library(reshape2)
library(ggsci)
library(Rmisc)
library(data.table)
# load data
refp <- fread('combine-data',header = F)
# check
head(refp[1:3,1:8])
# V1 V2 V3 V4 V5 V6 V7 V8
# 1: chrY 59001389 59002517 CTBP2P1 . + 1.193 0.9338
# 2: chrY 28772469 28773515 CCNQP2 . - 0.105 0.2480
# 3: chrY 28740814 28780802 PARP4P1 . - 0.000 0.0000
dim(refp)
# [1] 92857 606
# 间距除以50 binsize得120,再乘以5个样本得600列,加上前6列基因信息为606列
(3000 + 3000)/50*5
# [1] 600
到这里基本上知道了数据的基本内容了,六列基因的信息加上bin 列的值。后面绘图需要再处理一下格式:
# 保留基因名
clean_refp <- refp %>% select(c(-1:-3,-5,-6))
# check
head(clean_refp[1:3,1:8])
# V4 V7 V8 V9 V10 V11 V12 V13
# 1: CTBP2P1 1.193 0.9338 1.0962 1.6124 2.3094 2.5792 2.727
# 2: CCNQP2 0.105 0.2480 0.3950 0.4400 0.4400 0.4400 0.335
# 3: PARP4P1 0.000 0.0000 0.0000 0.0000 0.0000 0.0000 0.000
# wide to long
long_refp <- melt(clean_refp,id.vars = 'V4',value.name = 'signal') %>%
select(-variable)
# add sample name
long_refp$sample <- rep(c("Input","H3K4me1","H3K4me3","H3K27ac","H3K9ac"),
each = nrow(refp)*120)
# add x position
long_refp$pos <- rep(c(1:120),each = nrow(refp),times = 5)
Profile 图为每个位置处所有基因的一个 均值 作为代表,这里也计算了 sd和95% 置信区间,也可以作为阴影区间可视化:
# calculate means
filnal_refp <- long_refp %>%
# remove na
tidyr::drop_na() %>%
dplyr::group_by(sample,pos) %>%
# mean and 95% interval confidence
dplyr::summarise(mean_signal = mean(signal),
sd = sd(signal),
upper = CI(signal,ci = 0.95)[1],
lower = CI(signal,ci = 0.95)[3])
# check
head(filnal_refp)
# # A tibble: 6 x 6
# # Groups: sample [1]
# sample pos mean_signal sd upper lower
# <chr> <int> <dbl> <dbl> <dbl> <dbl>
# 1 H3K27ac 1 2.28 7.13 2.33 2.24
# 2 H3K27ac 2 2.30 7.18 2.34 2.25
# 3 H3K27ac 3 2.31 7.21 2.35 2.26
# 4 H3K27ac 4 2.31 7.21 2.36 2.27
# 5 H3K27ac 5 2.32 7.20 2.37 2.28
# 6 H3K27ac 6 2.33 7.20 2.38 2.28
可视化:
# plot
p <- ggplot(filnal_refp,aes(x = pos,y = mean_signal)) +
geom_line(aes(color = sample),size = 1) +
theme_classic(base_size = 14) +
scale_color_d3(name = '') +
# x label
scale_x_continuous(breaks = c(0,60,120),
labels = c('-3 kb','TSS','+3 kb')) +
xlab('') + ylab('Normalized signal') +
theme(aspect.ratio = 0.8)
p
分面:
# facet
p + facet_wrap(~sample,scales = 'free_x',ncol = 5) +
theme(strip.background = element_rect(color = NA,fill = 'grey'))
添加置信区间,是有阴影区间的,可能看不太出来:
# add CI
ggplot(filnal_refp,aes(x = pos,y = mean_signal)) +
# add 0.95 interval
geom_ribbon(aes(ymin = lower,
ymax = upper,
fill = sample),
alpha = 0.5) +
geom_line(aes(color = sample),size = 1) +
theme_classic(base_size = 16) +
scale_color_d3(name = '') +
scale_fill_d3(name = '') +
# x label
scale_x_continuous(breaks = c(0,60,120),
labels = c('-3 kb','TSS','+3 kb')) +
xlab('') + ylab('Normalized signal') +
theme(aspect.ratio = 0.8)
scale-regions 数据
这个数据与上面不同的是多了中间的 regionBodyLength 的参数,所以 bin 的数量也包含了这个区间的长度:
####################################################
# load data
scaler <- fread('combine-scaleRegion-data',header = F)
# check
head(scaler[1:3,1:8])
# V1 V2 V3 V4 V5 V6 V7 V8
# 1: chrY 59001389 59002517 CTBP2P1 . + 1.193 0.9338
# 2: chrY 28772469 28773515 CCNQP2 . - 0.105 0.2480
# 3: chrY 28740814 28780802 PARP4P1 . - 0.000 0.0000
dim(scaler)
# [1] 93070 1106
# 间距除以50 binsize得220,再乘以5个样本得1100列,加上前6列基因信息为1106列
(3000 + 5000 + 3000)/50*5
# [1] 1100
到这里可以明白了数据的内容构成。
继续处理:
# 保留基因名
clean_scaler <- scaler %>% select(c(-1:-3,-5,-6))
# check
head(clean_scaler[1:3,1:8])
# V4 V7 V8 V9 V10 V11 V12 V13
# 1: CTBP2P1 1.193 0.9338 1.0962 1.6124 2.3094 2.5792 2.727
# 2: CCNQP2 0.105 0.2480 0.3950 0.4400 0.4400 0.4400 0.335
# 3: PARP4P1 0.000 0.0000 0.0000 0.0000 0.0000 0.0000 0.000
# wide to long
long_scaler <- melt(clean_scaler,id.vars = 'V4',value.name = 'signal') %>%
select(-variable)
# add sample name
long_scaler$sample <- rep(c("Input","H3K4me1","H3K4me3","H3K27ac","H3K9ac"),
each = nrow(scaler)*220)
# add x position
long_scaler$pos <- rep(c(1:220),each = nrow(scaler),times = 5)
# calculate means
filnal_scaler <- long_scaler %>%
# remove na
tidyr::drop_na() %>%
dplyr::group_by(sample,pos) %>%
# mean and 95% interval confidence
dplyr::summarise(mean_signal = mean(signal),
sd = sd(signal),
upper = CI(signal,ci = 0.95)[1],
lower = CI(signal,ci = 0.95)[3])
# check
head(filnal_scaler)
# # A tibble: 6 x 6
# # Groups: sample [1]
# sample pos mean_signal sd upper lower
# <chr> <int> <dbl> <dbl> <dbl> <dbl>
# 1 H3K27ac 1 2.28 7.12 2.32 2.23
# 2 H3K27ac 2 2.29 7.17 2.34 2.24
# 3 H3K27ac 3 2.30 7.20 2.35 2.25
# 4 H3K27ac 4 2.31 7.20 2.35 2.26
# 5 H3K27ac 5 2.32 7.20 2.36 2.27
# 6 H3K27ac 6 2.32 7.19 2.37 2.28
最后可视化:
# plot
p <- ggplot(filnal_scaler,aes(x = pos,y = mean_signal)) +
geom_line(aes(color = sample),size = 1) +
theme_classic(base_size = 14) +
scale_color_d3(name = '') +
# x label
scale_x_continuous(breaks = c(0,60,160,220),
labels = c('-3 kb','TSS','TES','+3 kb')) +
xlab('') + ylab('Normalized signal') +
theme(aspect.ratio = 0.8)
p
分面:
# facet
p + facet_wrap(~sample,scales = 'free_x',ncol = 5) +
theme(strip.background = element_rect(color = NA,fill = 'grey'),
axis.text.x = element_text(angle = 45,hjust = 1))
heatmap
这里也尝试了绘制热图,但是数据太大,R 里画的话就非常非常慢, 此外需要对数据进行排序, 这里提供一个代码:
####################################################
# heatmap
head(long_refp,3)
# V4 signal sample pos
# 1 CTBP2P1 1.193 Input 1
# 2 CCNQP2 0.105 Input 1
# 3 PARP4P1 0.000 Input 1
# plot (slowly)
ggplot(long_refp %>% filter(sample == 'H3K27ac'),
aes(x = pos,y = V4)) +
geom_tile(aes(fill = signal)) +
theme_bw() +
# coord_cartesian(expand = 0) +
scale_x_continuous(breaks = c(0,60,120),
labels = c('-3 kb','TSS','+3 kb')) +
scale_fill_gradient(low = 'white',high = 'red') +
ylab('') + xlab('') +
theme(axis.text.y = element_blank(),
axis.ticks.y = element_blank(),
panel.grid = element_blank(),
aspect.ratio = 1.5)
4结尾
绘制热图的话还是使用 deeptools 的自带的函数更好一些,更快,而且含有很多可以调整的参数哦。
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