transPlotR 优雅的绘制基因转录本结构
无能为力
1引言
这个工作大概陆陆续续花费了一周多的时间基本完善的差不多了。你会想不会有这么多轮子了吗?
(R 包),比如 ggtranscript, gggenes, wiggleplotr, Gviz 等等, 有些包用起来太复杂,有些又或者达不到自己的可视化要求,功能太少等等的不足或者限制,说白了也许就是自己屁事多, 我觉得比较好看的是 IGV 里面的转录本结构比较漂亮,也符合生物学意义。
有时候需要逼自己造个轮子出来方便自己使用,于是写了这个 transPlotR package, 非常简单,就只有一个函数,前前后后也增加了很多功能,硬扣细节,最终搞了个差不多的样子出来。也分享给大家使用。
2介绍
只有一个函数 trancriptVis 来可视化基因结构,需要输入你的 GTF 文件就行了(你可以使用 rtracklayer 进行读取),操作方便简洁。
主要功能:
绘制编码或者非编码基因的转录本结构。 支持多个基因。 折叠多个转录本。 支持跨距离,跨染色体基因可视化。 极坐标展示基因结构。 添加新 style 的箭头表示转录方向。 绘制相对距离的位置坐标 (以转录起始位置/终止位置为起点)。反转负链基因的结构位置。 ...
觉得有用的小伙伴欢迎在我的 github 上面留下你们的小星星哦!
3安装
# install.packages("devtools")
devtools::install_github("junjunlab/transPlotR")
github 地址:
https://github.com/junjunlab/transPlotR
参考手册链接:
https://github.com/junjunlab/transPlotR/wiki/TransPlot-documentation
4单个基因绘制
非编码基因:
# load test data
data(gtf)
# non-coding gene
trancriptVis(gtfFile = gtf,
gene = 'Xist')
编码基因:
粗的代表 CDS 区域,较粗的为 UTR,细线为内含子,箭头方向为基因转录方向。
# coding gene
trancriptVis(gtfFile = gtf,
gene = 'Nanog')
修改填充颜色:
# change fill color
trancriptVis(gtfFile = gtf,
gene = 'Nanog',
exonFill = '#CCFF00')
修改标签大小,颜色及位置:
# change label size,color and position
trancriptVis(gtfFile = gtf,
gene = 'Nanog',
textLabelSize = 4,
textLabelColor = 'red',
relTextDist = 0)
标注基因名:
# aes by gene name
trancriptVis(gtfFile = gtf,
gene = 'Nanog',
textLabel = 'gene_name')
用转录本映射颜色:
# color aes by transcript
trancriptVis(gtfFile = gtf,
gene = 'Tpx2',
exonColorBy = 'transcript_id')
修改箭头颜色及类型:
# change arrow color and type
trancriptVis(gtfFile = gtf,
gene = 'Nanog',
arrowCol = 'orange',
arrowType = 'closed')
如果没有内含子,可以改变箭头颜色,更加容易分辨:
# no intron gene and add arrow color
# change arrow color and type
trancriptVis(gtfFile = gtf,
gene = 'Jun',
textLabel = 'gene_name',
arrowCol = 'white',
arrowType = 'closed') +
theme_void()
添加箭头数量:
# add arrow breaks
trancriptVis(gtfFile = gtf,
gene = 'Nanog',
arrowCol = 'orange',
arrowType = 'closed',
arrowBreak = 0.1)
指定特定的转录本进行可视化:
# draw specific transcript
p1 <- trancriptVis(gtfFile = gtf,
gene = 'Commd7')
p2 <- trancriptVis(gtfFile = gtf,
gene = 'Commd7',
myTranscript = c('ENSMUST00000071852','ENSMUST00000109782'))
# combine
cowplot::plot_grid(p1,p2,ncol = 2,align = 'hv')
5新的箭头类型
这种在一些文献里可以见到,标注出来代表基因的转录方向,我这里也添加了这个功能,可以实现这种效果。
对比:
# add specific arrow
pneg <- trancriptVis(gtfFile = gtf,
gene = 'Gucy2e',
newStyleArrow = T)
ppos <- trancriptVis(gtfFile = gtf,
gene = 'Tex15',
newStyleArrow = T)
# combine
cowplot::plot_grid(pneg,ppos,ncol = 2,align = 'hv')
我们可以去除正常的箭头:
# remove normal arrow
trancriptVis(gtfFile = gtf,
gene = 'Fat1',
newStyleArrow = T,
addNormalArrow = F)
如你所见,每个转录本的新箭头是 与其转录本的长度成比例 的,是一种
相对长度, 对于较短的转录本来说, 同样的相对长度可能会带来不一样的效果,比如一些短的转录本结构箭头太短。
这里我们可以设置为绝对长度,使每个转录本的箭头保持一样长:
# draw absolute specific arrow
trancriptVis(gtfFile = gtf,
gene = 'Fat1',
newStyleArrow = T,
addNormalArrow = F,
absSpecArrowLen = T)
我们还可以控制箭头的颜色,大小及位置:
# change position size color and height
trancriptVis(gtfFile = gtf,
gene = 'Fat1',
newStyleArrow = T,
addNormalArrow = F,
speArrowRelPos = 0.5,
speArrowLineSize = 1,
speArrowCol = 'red',
speArrowRelHigh = 3)
绘制极坐标下的转录本:
# circle plot with specific arrow
trancriptVis(gtfFile = gtf,
gene = 'F11',
newStyleArrow = T,
addNormalArrow = F,
circle = T,
ylimLow = -2)
极坐标下的绝对箭头长度因为弧度不一样,所以长度也会相应改变,也是比较好理解的:
# circle plot with absolute specific arrow
trancriptVis(gtfFile = gtf,
gene = 'F11',
newStyleArrow = T,
addNormalArrow = F,
circle = T,
ylimLow = -2,
absSpecArrowLen = T)
6多基因转录本结构绘制
支持多个基因多个转录本结构的绘制,但是首先记住,我们是在
基因组坐标里绘图的,要想绘制多基因呈现一个较好的效果图,首先确定你的基因们是 相互靠近的,且是 位于同一染色体上面的,这很合理。
# support multiple gene
# should on same chromosome and close to each other
trancriptVis(gtfFile = gtf,
gene = c('Trmt6','Mcm8','Crls1','Lrrn4','Fermt1'),
textLabel = 'gene_name')
下面展示的是 IGV 的结果,有一些差异,因为使用的注释文件不太一致:
对基因进行映射,改变箭头长度:
# color by gene and change arrow length
trancriptVis(gtfFile = gtf,
gene = c('Crls1','Fermt1'),
textLabel = 'gene_name',
exonColorBy = 'gene_name',
newStyleArrow = T,
speArrowRelLen = 1)
我们可以将多个转录本折叠为一个:
# collapse gene
trancriptVis(gtfFile = gtf,
gene = c('Trmt6','Mcm8','Crls1','Lrrn4','Fermt1'),
textLabel = 'gene_name',
collapse = T,
relTextDist = 0.2)
7给定区域绘图
你可以指定染色体,起始位置和终止位置来进行绘图:
# support plot at a given region
trancriptVis(gtfFile = gtf,
Chr = 11,
posStart = 69609973,
posEnd = 69624790)
8环形图
我们可以在极坐标系里对基因结构进行展示:
# draw circle structure
trancriptVis(gtfFile = gtf,
gene = 'Gucy2e',
textLabelSize = 4,
circle = T)
让圆圈变小点:
# change circle small
trancriptVis(gtfFile = gtf,
gene = 'Gucy2e',
textLabelSize = 4,
circle = T,
ylimLow = 0)
改变圆圈的夹角:
# change circle angle
c1 <- trancriptVis(gtfFile = gtf,
gene = 'F11',
textLabelSize = 4,
circle = T,
ylimLow = 0,
openAngle = 0)
c2 <- trancriptVis(gtfFile = gtf,
gene = 'F11',
textLabelSize = 4,
circle = T,
ylimLow = 0,
openAngle = 0.2)
# combine
cowplot::plot_grid(c1,c2,ncol = 2,align = 'hv')
对转录本进行映射填充颜色:
# chenge aes fill
trancriptVis(gtfFile = gtf,
gene = 'Gucy2e',
textLabelSize = 4,
circle = T,
ylimLow = 0,
exonColorByTrans = T)
改变线颜色:
# change segment color
trancriptVis(gtfFile = gtf,
gene = 'Gucy2e',
textLabelSize = 4,
circle = T,
ylimLow = 0,
exonColorByTrans = T,
circSegCol = 'black')
添加基因名:
# add gene name
trancriptVis(gtfFile = gtf,
gene = 'Gucy2e',
textLabel = 'gene_name',
textLabelSize = 5,
circle = T,
ylimLow = 0,
exonColorByTrans = T)
移除连线:
# remove line
trancriptVis(gtfFile = gtf,
gene = 'Gucy2e',
textLabel = 'gene_name',
textLabelSize = 5,
circle = T,
ylimLow = 0,
exonColorByTrans = T,
text_only = T)
绘制多个基因:
# multiple gene
trancriptVis(gtfFile = gtf,
gene = c('Pfn1','Eno3','Spag7'),
textLabel = 'gene_name',
textLabelSize = 2,
circle = T,
ylimLow = -5,
text_only = T,
circSegCol = 'grey80',
exonColorByTrans = T)
标记转录本名称:
# textlabel with transcript_name
trancriptVis(gtfFile = gtf,
gene = 'Gucy2e',
textLabelSize = 4,
circle = T,
ylimLow = 0,
textLabel = 'transcript_name',
addNormalArrow = F,
newStyleArrow = T)
9跨距离/染色体绘图
想象你有多个基因,它们可能距离很远或者不在同一个染色体上面,你想绘制它们的转录本结构可以使用 单基因循环批量绘图, 这是一种解决方法。但是非常的不人性化,这里提供了解决这个问题的方案, 分面绘图 来实现。
批量循环绘图:
这里选了三个基因分别位于1号染色体的首/中间/末尾的位置,跨度很大来作为示范:
# single plot
lapply(c('Camk1g','Daw1','Oprk1'), function(x){
trancriptVis(gtfFile = gtf,
gene = x,
textLabel = 'gene_name')
}) -> plist
# combine
cowplot::plot_grid(plotlist = plist,ncol = 3,align = 'hv')
按照前面一起绘图将会得到下面结果:
# plot tegether
trancriptVis(gtfFile = gtf,
gene = c('Camk1g','Daw1','Oprk1'),
textLabel = 'gene_name')
对基因进行分面展示:
# facet by gene
trancriptVis(gtfFile = gtf,
gene = c('Camk1g','Daw1','Oprk1'),
facetByGene = T)
去除正常箭头,添加新样式箭头,以绝对距离展示:
# add new arrow and remove normal arrow
trancriptVis(gtfFile = gtf,
gene = c('Camk1g','Daw1','Oprk1'),
facetByGene = T,
newStyleArrow = T,
absSpecArrowLen = T,
speArrowRelLen = 0.1,
addNormalArrow = F)
绘制不同染色体的基因:
这里的三个基因分别位于染色体1/2/3上作为示范:
# for different chromosome genes
# chr1:Camk1g chr2:Duox2 chr3:Ttll7
trancriptVis(gtfFile = gtf,
gene = c('Camk1g','Duox2','Ttll7'),
facetByGene = T)
老铁没毛病!
10相对距离
如你所见,上面的绘图我们都是基因 基因组坐标系统下 进行绘制的,如果我们想在同一坐标下比较不同基因不同转录本将会变得困难。这里提供了可以 将坐标转换为相对坐标 来进行展示比较。
只需要设置 forcePosRel = T:
# transform relative position
trancriptVis(gtfFile = gtf,
gene = c('Camk1g','Daw1','Oprk1'),
facetByGene = T,
newStyleArrow = T,
absSpecArrowLen = T,
speArrowRelLen = 0.1,
addNormalArrow = F,
forcePosRel = T)
我们可以看到都是以左边为 0 起始位点来绘图的,横坐标的长度代表了整个转录本的长度。
美化一下:
# ajusted with facet parameters
trancriptVis(gtfFile = gtf,
gene = c('Camk1g','Daw1','Oprk1'),
facetByGene = T,
newStyleArrow = T,
absSpecArrowLen = T,
speArrowRelLen = 0.1,
addNormalArrow = F,
forcePosRel = T,
ncolGene = 1,
scales = 'free_y',
strip.position = 'left',
textLabelSize = 2,
exonColorBy = 'gene_name',
textLabel = 'transcript_name',
panel.spacing = 0)
环形图展示:
# cicular plot with relative position
trancriptVis(gtfFile = gtf,
gene = 'Nanog',
textLabelSize = 4,
circle = T,
ylimLow = 0,
textLabel = 'transcript_name',
addNormalArrow = F,
newStyleArrow = T,
exonColorBy = 'transcript_name',
forcePosRel = T)
11反转负链
在上面的图中可以看到,将坐标系转为相对以后, 负链上的基因还是以从右往左进行的,要 比较似乎还需要反转一下负链基因的位置。这里提供了反转负链的
revNegStrand = T参数来让比较更加方便和易于理解。
# reverse negtive strand
trancriptVis(gtfFile = gtf,
gene = c('Camk1g','Daw1','Oprk1'),
facetByGene = T,
newStyleArrow = T,
absSpecArrowLen = T,
speArrowRelLen = 0.1,
addNormalArrow = F,
forcePosRel = T,
revNegStrand = T)
可以看到 Camk1g 这个位于负链的基因所有位置都被反转了,此外,对应的
新样式的箭头也一起改变了。注意这里的箭头方向不再有意义了。
美化调整一下:
# ajusted with facet parameters
p1 <- trancriptVis(gtfFile = gtf,
gene = c('Camk1g','Daw1','Oprk1'),
facetByGene = T,
newStyleArrow = T,
absSpecArrowLen = T,
speArrowRelLen = 0.1,
addNormalArrow = F,
forcePosRel = T,
ncolGene = 1,
scales = 'free_y',
strip.position = 'left',
textLabelSize = 2,
exonColorBy = 'gene_name',
textLabel = 'transcript_name',
panel.spacing = 0)
# reverse negtive strand
p2 <- trancriptVis(gtfFile = gtf,
gene = c('Camk1g','Daw1','Oprk1'),
facetByGene = T,
newStyleArrow = T,
absSpecArrowLen = T,
speArrowRelLen = 0.1,
addNormalArrow = F,
forcePosRel = T,
ncolGene = 1,
scales = 'free_y',
strip.position = 'left',
textLabelSize = 2,
exonColorBy = 'gene_name',
textLabel = 'transcript_name',
panel.spacing = 0,
revNegStrand = T)
# combine
cowplot::plot_grid(plotlist = list(p1,p2),ncol = 2,align = 'hv')
左边是没有反转的,右边是反转的,对比一下,看起来更加好比较了。
更多的参数见:
?trancriptVis
12结尾
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