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生物信息必备技能-出版级别的circos圈图绘制

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Nov 6, 2023
UseGalaxyCN tools

2023-11-06，Galaxy生信云平台 UseGalaxy.cn 新增circos圈图绘制工具。

Graph/Display Data

  • Circos visualizes data in a circular layout (Galaxy Version 0.69.8+galaxy12)

Circos（Krzywinski等人，2009年）是一个用于以圆形布局可视化数据的软件包。这使得Circos非常适合探索对象或位置之间的关系。Circos图表已经出现在成千上万的科学出版物中。尽管最初设计用于可视化基因组数据，但它可以根据任何领域的数据创建图表。

文章图形复现

图形/数据来源：

Teles Alves I, Hiltemann S, Hartjes T, et al. Gene fusions by chromothripsis of chromosome 5q in the VCaP prostate cancer cell line. Hum Genet. 2013;132(6):709-713. doi:10.1007/s00439-013-1308-1

在这篇文章中，各种来源的数据被整合到一个综合的Circos图中。下面我们就来复现这个图，首先我们先了解一下Circos的基础。

1. Circos基础

1.1 外层骨架（Ideogram）

对于基因组数据，通常是染色体，但也可能是物种、基因，或者是另一个分辨率级别，这取决于你想要展示的关系。对于非基因组数据，这可能是人群中的个体、国家，或者是你想用来进行分组的数据的任何其他主要方面。

1.2 数据轨道（Data Tracks）

在骨架之内，我们可以绘制数据轨道。有不同类型的图表可用，例如：

  • 散点图（Scatter plot）
  • 线图（Line plot）
  • 直方图（Histogram）
  • 热图（Heatmap）
  • 方块图（Tile）
  • 文本（Text）
  • 连接（Link）
  • 条带（Ribbons）

轨道可以进行很多定制，一些相关的概念包括：

  • Radius：轨道的半径决定了它在中心（0）和表意图（1）之间的位置。

  • Rules：可以定义规则，根据数据点的值改变数据点的颜色，例如。

  • Axes and backgrounds：可以在数据轨道上绘制轴和背景。

2. 复现步骤

工具位置：UseGalaxy.cn首页 > Graph/Display Data > Circos visualizes data in a circular layout

或者：https://usegalaxy.cn/root?tool_id=toolshed.g2.bx.psu.edu/repos/iuc/circos/circos/0.69.8+galaxy12

2.1 数据准备

可以下载原文中的数据上传到网站：

https://zenodo.org/record/4494146/files/VCaP_Copy-Number.tsv
https://zenodo.org/record/4494146/files/VCaP_B-allele-Frequency.tsv
https://zenodo.org/record/4494146/files/VCaP-highConfidenceJunctions.tsv
https://zenodo.org/record/4494146/files/hg18_karyotype_withbands.txt

或者用网站上整理好的共享数据：

网站首页（UseGalaxy.cn）> 数据共享 > 数据库 > circos，该目录下有4个测试文件：

  • hg18_karyotype_withbands.txt，染色体骨架文件
  • circos-sv.tsv，结构变异信息
  • circos-cnv.tsv，拷贝数变异信息
  • circos-baf.tsv，次等位基因频率

2.2 Ideogram

由于圈图要呈现的数据很多，参数设置复杂，因此不可能一次就画好，而是有一个不断迭代的过程，一圈一圈地画。

操作：设置Ideogram

我们首先只设置骨架文件，其他参数保持默认：

运行看看结果：

可以看到，只有一个圈。

我们接着设置：

点击“Run Tool”，等待运行结束，点击结果文件右边的铅笔图标，将文件改名为：Circos Plot ideogram。

小知识：

染色体定义的格式如下：chr - ID LABEL START END COLOR

前两个字段始终是chr，表示该行定义了一个染色体，以及 -。第二个字段定义了父结构，仅用于染色体条带定义。

ID 是数据文件中使用的标识符，而 LABEL 是将出现在图像上的骨架旁边的文本。

START和END定义了染色体的大小。核型文件应该存储整个染色体的大小，而不仅仅是您希望绘制的区域。我们可以使用其他参数仅绘制数据的子集（例如，只有一个染色体）。

COLOR参数是可选的，要使用内置的颜色方案，请再次在此列中使用chr1、chr2等。

2.3 数据轨道一：结构变异

结构变异需要提供两个断点的位置，如下：

chromosome    start    end    chromosome    start    end
  • 第一个断点的染色体编号，开始位置，结束位置
  • 第二个断点的染色体编号，开始位置，结束位置

操作：添加结构变异的连线轨道

  1. 点击右侧历史记录中的Circos Plot ideogram文件名，点击“Run Job Again”（一个转圈的箭头）

  2. 结构变异轨道参数设置：

可以看到，5号染色体有许多染色体内的结构变异，我们可以单独画出5号染色体的结构变异。

最后， 将结果文件改名为：Circos Plot SVs

操作：只画5号染色体

  1. 重新运行刚才的工具

  2. 改变参数设置：

得到如下图片：

2.4 数据轨道二：拷贝数变异

拷贝数变异需要准备的数据格式：

chr    start    end    value
  • chr，染色体
  • chr，变异开始位置
  • end, 变异结束位置
  • value，变异倍数

操作：增加拷贝数轨道

  1. 重新运行画“Circos Plot SVs”的工具。

  2. 增加一个散点图轨道到图形中：

结果如下：

可以看到，拷贝数轨道与结构变异轨道重叠了。这是因为没有个性结构变异轨道的半径设置：

  1. 重新运行工具，改变以下参数：
In "Link Tracks":
    - In "1: Link Data":
        - "Inside Radius": 0.75

应该看到这样的图：

操作：用不同颜色标记拷贝数变异状态

  1. 重新运行上一步的结果

  2. 在2D data track的拷贝数轨道中，增加以下规则：

应该得到如下结果：

操作：为拷贝数轨道增加坐标轴

  1. 重新运行刚才的结果

  2. 在2D data track中的拷贝数轨道设置页面：

结果如下：

最后， 重命名结果文件为：Circos Plot CopyNumber

2.5 数据轨道三：次等位基因频率

数据格式与拷贝数变异的类似，也是准备4列数据：

chr    start    end    value

操作：增加次等位基因频率到图中

  1. 重新运行刚才的工具（Circos Plot CopyNumber）

  2. 增加新的散点图轨道到图中：

最后， 重命名结果文件：Circos Plot BAF

结果图：

2.6 存在问题：如何将结构变异轨道拆分成两个

操作：两个连接轨道

  1. 重新运行刚才的工具（Circos Plot BAF）

  2. 配置两个单独的连接轨道

最后结果：

可以看到，跟原图完全一样，可以说复现效果达到了100%。

友情提示

使用问题请加入Galaxy中国交流群: 925694514（QQ群，免费加入），或者关注公众号：简说基因。