基礎(chǔ)理論

網(wǎng)絡(luò)圖

網(wǎng)絡(luò)圖非常常見(jiàn)，不僅被用在生物信息學(xué)分析，在生活中也很常見(jiàn)，如民航航線圖、食物鏈、基因調(diào)控網(wǎng)絡(luò)都是網(wǎng)絡(luò)圖經(jīng)典的例子。

南航航線圖

食物鏈

基因調(diào)控網(wǎng)絡(luò)

網(wǎng)絡(luò)圖應(yīng)用價(jià)值

• 直觀形象的呈現(xiàn)數(shù)據(jù)關(guān)系
• 高效的挖掘和解析數(shù)據(jù)（WGCNA后模塊內(nèi)大量基因的篩選）

網(wǎng)絡(luò)圖的構(gòu)成基礎(chǔ)

• 節(jié)點(diǎn)（node）：表示元素
  節(jié)點(diǎn)屬性：大小、形狀、顏色、標(biāo)簽、邊框可以表示表達(dá)量、差異倍數(shù)、RNA類(lèi)型、pathway分類(lèi)、基因名稱(chēng)等。
• 線（edge）：表示元素之間的關(guān)系
  線屬性：粗細(xì)、類(lèi)型、顏色、方向可以表示：相關(guān)性強(qiáng)弱、相關(guān)性正負(fù)、靶向關(guān)系、相關(guān)性顯著性等。

重要概念

• 連通性（Degree）：一個(gè)節(jié)點(diǎn)擁有的線的數(shù)量。
• 核心元素（Hub gene）：位于調(diào)控網(wǎng)絡(luò)中心，也就是連通性較高的元素。

數(shù)據(jù)準(zhǔn)備

建立關(guān)聯(lián)

• 基于已有成果獲得。（string數(shù)據(jù)庫(kù)）
• 基于表達(dá)量/豐度的相關(guān)性。（WGCNA）
• 基于序列的堿基互補(bǔ)關(guān)系。（miRNA-mRNA）
• 基于功能分類(lèi)關(guān)系。（富集分析）

數(shù)據(jù)要求

• 格式：
  tsv文件（Tab Separated Values）
  csv文件（Comma ）
  xls，xlsx文件

• 內(nèi)容：
  edge文件：必須文件，包含節(jié)點(diǎn)關(guān)系關(guān)鍵數(shù)據(jù)。如下圖所示，第一列為起始點(diǎn)的基因名，第二列為終止點(diǎn)的基因名，第三列為T(mén)OM值（這個(gè)數(shù)據(jù)是WGCNA的數(shù)據(jù)結(jié)果，因此我用了TOM值，也可以是其他的數(shù)據(jù)，如兩點(diǎn)間相關(guān)性。）WGCNA分析有點(diǎn)復(fù)雜，有朝一日我整理好后再發(fā)給大家參考。

  
  
  edge文件

node文件：非必須，按需準(zhǔn)備。如下圖所示，第一列是點(diǎn)的基因名，注意對(duì)應(yīng)edge文件中的點(diǎn)的信息，我下圖展示的是我給每個(gè)基因Ensembl ID添加的Gene Symbol信息和注釋信息，也可以是其他的數(shù)據(jù)，如基因的表達(dá)量等。

node文件

軟件基本操作

數(shù)據(jù)導(dǎo)入

• 導(dǎo)入edge數(shù)據(jù)
  點(diǎn)擊下圖所示的按鍵，導(dǎo)入edge數(shù)據(jù)。

  
  
  導(dǎo)入數(shù)據(jù)
  
  

  導(dǎo)入后需要選擇每一列的數(shù)據(jù)類(lèi)型，主要設(shè)置邊的起始位置和結(jié)束位置。

  
  
  數(shù)據(jù)類(lèi)型選擇

• 導(dǎo)入node數(shù)據(jù)
  點(diǎn)擊對(duì)應(yīng)位置，導(dǎo)入node數(shù)據(jù)，要確保數(shù)據(jù)和edge數(shù)據(jù)的命名一致。

  
  
  導(dǎo)入數(shù)據(jù)

生成網(wǎng)絡(luò)圖

導(dǎo)入edge后，在圖片編輯框中就可以看到生成的最基礎(chǔ)的網(wǎng)絡(luò)圖，我們下一步需要做的就是對(duì)它進(jìn)行美化，也可以進(jìn)一步通過(guò)Cytoscape進(jìn)行數(shù)據(jù)挖掘。

最初版網(wǎng)絡(luò)圖

圖片美化

對(duì)于最初版的網(wǎng)絡(luò)圖，我相信沒(méi)有人會(huì)覺(jué)得好看，也絕對(duì)滿足不了雜志的要求，那么，我們就動(dòng)手美化它。
其實(shí)Cytoscape的可視化界面非常人性化，按照我下面的批注，大家都點(diǎn)一點(diǎn)，應(yīng)該很快就能掌握。

參數(shù)說(shuō)明

需要特別解釋一下“參數(shù)賦值”和“點(diǎn)/線排列形式”的用法。

• 參數(shù)賦值：比如，想要用圈的大小表示基因的連通性大小、圈的顏色表示基因的表達(dá)量高低、線的粗細(xì)表示權(quán)重值的大小等，都可以通過(guò)給各個(gè)區(qū)域賦值達(dá)成。在Cytoscape中，點(diǎn)和線的顏色、粗細(xì)都可以賦值，點(diǎn)擊相應(yīng)的參數(shù)，賦予你想要展示的數(shù)據(jù)即可。
• 點(diǎn)/線排列形式：在Cytoscape中，所有的點(diǎn)都是可以自己手動(dòng)拖動(dòng)的，當(dāng)數(shù)據(jù)量很大時(shí)，非常辛苦。因此，軟件有自動(dòng)排布功能，點(diǎn)擊“l(fā)ayout”就可以看到，自動(dòng)排布形式主要有：矩形排布、圓形排布、層級(jí)排布，每一種都有適用范圍，如果展示基因相互關(guān)系建議用圓形排布，點(diǎn)一下試試就知道。

Tips：選擇數(shù)據(jù)點(diǎn)后（手動(dòng)選擇結(jié)合下面要說(shuō)到的篩選選擇），再點(diǎn)擊排布，就可以把雜亂無(wú)章的圖，變得整齊且能說(shuō)明問(wèn)題，如下圖所示。

網(wǎng)上不知名數(shù)據(jù)

數(shù)據(jù)挖掘

Cytoscape的數(shù)據(jù)挖掘主要是用到“篩選”工具。網(wǎng)絡(luò)圖常見(jiàn)的篩選方式是利用連通性篩選關(guān)鍵基因，Cytoscape可以直接計(jì)算點(diǎn)的連通性（K），點(diǎn)擊菜單欄Tools--NetworkAnalyzer--Network analysis--Analyze Network，然后選擇自己數(shù)據(jù)對(duì)應(yīng)的類(lèi)型（有/無(wú)方向），點(diǎn)擊確認(rèn)，連通性數(shù)據(jù)就會(huì)出現(xiàn)在“點(diǎn)信息頁(yè)”，列名為“degree”。

選擇數(shù)據(jù)類(lèi)型

點(diǎn)擊篩選模塊，新建篩選條件，在下拉菜單中選擇“degree”，即可用連通性作為篩選條件，選擇滿足連通性要求的點(diǎn)。如果圖片中點(diǎn)和線特別多，可以用該方法選擇連通性較高的點(diǎn)新建畫(huà)布，只對(duì)這些連通性高的基因做圖。當(dāng)然，篩選條件不僅僅是K值，也可以用WGCNA分析里的TOM值，或者基因的表達(dá)量等，只要是數(shù)值型變量就行，大家嘗試一下就明白了。

篩選

結(jié)果展示