Nature 子刊的 WGCNA 都是咋整的?
原創(chuàng)
于 2025-01-05 12:24:29 發(fā)布
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數(shù)據(jù)分析

網(wǎng)絡(luò)

算法

大數(shù)據(jù)

數(shù)據(jù)庫

Nature Communications 又稱NC，于2010年上線，是Nature 系列首個開放獲?。∣A）期刊。

作為一本綜合領(lǐng)域雜志，NC 出版稿件的研究范圍涉及物理、化學(xué)、生物、醫(yī)學(xué)、地球科學(xué)等多個學(xué)科領(lǐng)域，2023 最新影響因子 16.6，中科院一區(qū) top。

WGCNA (Weighted Gene Co-expression Network Analysis) 是一種在生物信息學(xué)領(lǐng)域中廣泛應(yīng)用的統(tǒng)計(jì)方法，尤其適用于基因表達(dá)數(shù)據(jù)的分析。它的核心思想是構(gòu)建基因的共表達(dá)網(wǎng)絡(luò)，并從中識別與特定生物過程或臨床特征高度相關(guān)的基因模塊。這些模塊，由一組相互之間高度相關(guān)的基因組成，可能在生物學(xué)上有相似的功能或參與相同的生物過程。WGCNA 的方法首先從一個基因表達(dá)數(shù)據(jù)矩陣開始，然后計(jì)算所有基因?qū)χg的表達(dá)相似性，再使用冪函數(shù)轉(zhuǎn)換相似性矩陣，以此構(gòu)建鄰接矩陣。接下來，使用層次聚類方法將高度共表達(dá)的基因組合成模塊。最后，將這些模塊與外部臨床特征（如疾病狀態(tài)）相關(guān)聯(lián)，以識別與特定生物過程或疾病相關(guān)的模塊。

關(guān)于WGCNA常見圖表的介紹小編這里就不作描述了，不是很了解的同學(xué)可以點(diǎn)擊查看下面這篇推文：《通俗易懂 WGCNA》。

今天，小編主要還是帶各位鐵子們看看近期發(fā)表在 NC 的 WGCNA 都是咋整的。

一、人類眶額皮質(zhì)阿片類藥物使用障礙的神經(jīng)元甲基化組和羥甲基化組分析
發(fā)表時(shí)間：2023-07-28

DOI：10.1038/s41467-023-40285-y

摘要：阿片類物質(zhì)使用障礙（OUD）受基因和環(huán)境因素的影響。盡管最近的研究表明OUD存在表觀遺傳學(xué)異常，但這主要限于DNA甲基化（5mC）。DNA羥甲基化（5hmC）的研究相對較少。我們在男性隊(duì)列中進(jìn)行了OUD的多組學(xué)分析，整合了特定于神經(jīng)元的5mC和5hmC以及來自人類尸體前額葉皮質(zhì)的基因表達(dá)（OUD=12；非-OUD=26）。單個位點(diǎn)的甲基組分析和共甲基化分析顯示，與5mC相比，5hmC具有更多與OUD相關(guān)的基因和基因網(wǎng)絡(luò)；這些網(wǎng)絡(luò)富集了GPCR、Wnt、神經(jīng)發(fā)生和阿片類信號傳導(dǎo)。5hmC標(biāo)記還與基因表達(dá)模式呈更高的相關(guān)性，并富集了與精神疾病遺傳關(guān)聯(lián)研究（GWAS）相關(guān)的位點(diǎn)。藥物相互作用分析揭示了與阿片類藥物相關(guān)的相互作用，其中一些被用于治療OUD。我們的多組學(xué)研究結(jié)果表明5hmC在OUD個體的前額葉皮質(zhì)神經(jīng)元中扮演重要角色，并揭示了在這些個體中表觀遺傳上出現(xiàn)了異常的位點(diǎn)。

圖表 title：5mC 和 5hmC 位點(diǎn)的共甲基化

a 與 OUD 相關(guān)的5mC顯著模塊（相關(guān)性≥|0.4|，p值<0.05），還加入了其它的常見臨床性狀。

b 與 OUD 相關(guān)的5hmC顯著模塊（相關(guān)性≥|0.4|，p值<0.05）。

c 5mC顯著模塊的GO富集分析（前10個術(shù)語）。

d 5hmC顯著模塊的GO富集分析（前10個術(shù)語）。

亮點(diǎn)：除感興趣的性狀以外，還添加了其它的常見臨床性狀。此外，針對的是 5mC 和 5hmC 的共甲基化分析，而不是常規(guī)基因的共表達(dá)分析。

二、對 13,512 名個體進(jìn)行的前瞻性分析中與死亡率和壽命相關(guān)的血漿代謝組圖譜
發(fā)表時(shí)間：2023-09-16

DOI：10.1038/s41467-023-41515-z

摘要：實(shí)驗(yàn)研究報(bào)道了支持衰老過程和死亡的生化作用，但人類中與之相關(guān)的代謝變化尚不明確。在這里，我們考察了11,634名美國參與者（中位隨訪時(shí)間為22.6年，有4288例死亡）和1878名西班牙參與者（中位隨訪時(shí)間為14.5年，有525例死亡）的243種血漿代謝物與死亡和長壽（達(dá)到85歲以上）的關(guān)聯(lián)。我們發(fā)現(xiàn)，N2,N2-二甲基鳥苷、偽尿嘧啶、N4-乙酰胞苷、4-乙酰氨基丁酸、N1-乙酰精胺和雙鍵較少的脂質(zhì)與全因死亡風(fēng)險(xiǎn)增加和長壽機(jī)會減少相關(guān)；而L-絲氨酸和雙鍵較多的脂質(zhì)與較低的死亡風(fēng)險(xiǎn)和更高的長壽機(jī)會相關(guān)。我們進(jìn)一步開發(fā)了一個多代謝物配置得分，與較高的死亡風(fēng)險(xiǎn)相關(guān)。我們的研究結(jié)果表明，核苷、氨基酸和幾個脂質(zhì)亞類的水平差異可以預(yù)測死亡風(fēng)險(xiǎn)，其潛在機(jī)制有待確定。

圖表 title：代謝物組和模塊與全因死亡率和壽命的關(guān)聯(lián)

a 基于先驗(yàn)知識的代謝物組與全因死亡之間的關(guān)聯(lián)。采用代謝物集富集分析方法，基于多變量Cox模型估計(jì)結(jié)果，計(jì)算富集分?jǐn)?shù)。

b 基于WGCNA衍生的模塊進(jìn)行全因死亡的代謝組關(guān)聯(lián)分析，以及每個模塊的關(guān)聯(lián)分析，采用多變量Cox模型估計(jì)結(jié)果。

c 基于WGCNA衍生的模塊進(jìn)行壽命的代謝組關(guān)聯(lián)分析，以及每個模塊的關(guān)聯(lián)分析，采用多變量 logistic 回歸模型估計(jì)結(jié)果。注意， log(OR)為邏輯回歸的 β 系數(shù)。

亮點(diǎn)：對于WGCNA得出的模塊，分別使用多因素COX模型、邏輯回歸模型計(jì)算了相應(yīng)的HR或者log(OR)，加強(qiáng)了臨床意義。此外，針對的是代謝組水平的共表達(dá)網(wǎng)絡(luò)，而非轉(zhuǎn)錄組水平的基因共表達(dá)網(wǎng)絡(luò)。

三、跨組織轉(zhuǎn)錄組的多方面分析揭示了特應(yīng)性皮炎的表型-內(nèi)型關(guān)聯(lián)
發(fā)表時(shí)間：2023-10-02

DOI：10.1038/s41467-023-41857-8

摘要：特應(yīng)性皮炎（AD）是一種在臨床表現(xiàn)和分子特征方面異質(zhì)性的皮膚疾病。越來越多的人認(rèn)識到AD是一種全身性疾病，而不是局部性疾病，應(yīng)該在全身病理生理學(xué)背景下進(jìn)行評估。在這里，我們通過對115名AD患者和14名配對健康對照的皮膚組織和外周血單核細(xì)胞（PBMC）樣本進(jìn)行綜合RNA測序，結(jié)合臨床數(shù)據(jù)，展示了特定臨床表現(xiàn)與相應(yīng)差異分子特征的關(guān)聯(lián)。我們建立了一個基于加權(quán)基因共表達(dá)網(wǎng)絡(luò)分析中識別的轉(zhuǎn)錄組模塊的回歸模型，以提取與AD詳細(xì)臨床表型相關(guān)的分子特征。AD的兩種主要皮膚表現(xiàn)，即紅斑和丘疹，通過不同的免疫學(xué)特征得以區(qū)分。我們還將回歸模型應(yīng)用于30名AD患者的縱向數(shù)據(jù)集，以進(jìn)行個體化監(jiān)測，突顯了疾病軌跡的患者異質(zhì)性。我們的方法為有效的臨床研究提供了框架，以全面了解復(fù)雜人類疾病的病理生理學(xué)。

圖表 title：皮膚/PBMC RNA-seq 數(shù)據(jù)中轉(zhuǎn)錄模塊的識別和表征

（a） 通過WGCNA實(shí)施生成的轉(zhuǎn)錄本的聚類樹狀圖。通過參考公共數(shù)據(jù)庫，分析皮膚組織（b）和外周血單個核細(xì)胞（d）中的細(xì)胞類型表達(dá)模式和GO富集。在皮膚（c）和外周血單個核細(xì)胞（e）的每個轉(zhuǎn)錄組模塊中，可視化了前30個基因的基因-基因網(wǎng)絡(luò)。sModu代表皮膚轉(zhuǎn)錄組模塊，pModu代表外周血單個核細(xì)胞轉(zhuǎn)錄組模塊，vSMC代表血管平滑肌細(xì)胞，IRS/seba代表內(nèi)根鞘/皮脂腺，VEC代表血管內(nèi)皮細(xì)胞。

亮點(diǎn)：圖5b和d不僅展示了每個模塊的GO富集結(jié)果，還展示了通過在每個基因模塊的細(xì)胞類型的基因表達(dá)數(shù)據(jù)上應(yīng)用主成分分析（PCA）獲得的每個細(xì)胞類型的第一主成分（PC1）值的大?。窗琺列基因和n行細(xì)胞類型的矩陣，其中m是分配給特定模塊的基因數(shù)量）。不僅如此，作者們還可視化了不同樣本中的基因共表達(dá)網(wǎng)絡(luò)。

四、環(huán)境梯度揭示壓力中心早于植物陸地化
發(fā)表時(shí)間：2023-08-28

DOI：10.1038/s41477-023-01491-0

摘要：植物陸地化帶來了陸地植物（胚珠植物）。胚珠植物占據(jù)了陸地上大部分的生物量，并在一次獨(dú)特的事件中從鏈藻類藻類進(jìn)化而來。最近的進(jìn)展揭示了陸地植物最接近的藻類親屬的首批完整基因組；其中的一個物種是Mesotaenium endlicherianum。在這里，我們利用RNA測序以及對受到連續(xù)范圍的溫度和光線信號刺激的Mesotaenium的光生理評估，建立了一個包含42種不同條件的實(shí)驗(yàn)對象，產(chǎn)生了128個轉(zhuǎn)錄組和約1.5 TBp（約99億個reads）的數(shù)據(jù)，用于研究梯度分析的應(yīng)激響應(yīng)的組合效應(yīng)。Mesotaenium與支持應(yīng)激響應(yīng)和適應(yīng)性的基因網(wǎng)絡(luò)中的主要中心樞紐與陸地植物共享。我們的數(shù)據(jù)表明，脂滴形成以及葉綠體和細(xì)胞壁來源的信號已經(jīng)在超過6億年的鏈藻演化中占據(jù)了分子程序的主導(dǎo)地位——在植物第一次邁出陸地之前。

圖表 title：無監(jiān)督基因表達(dá)簇恢復(fù)由環(huán)境線索分隔的遺傳程序

a 包含17,095個基因的層次聚類樹。在樹狀圖下方的熱圖和模塊顏色分配顯示了四種不同條件或生理參數(shù)的基因重要性度量（從紅色，正相關(guān)，到白色，無相關(guān)，到藍(lán)色，負(fù)相關(guān)）。

b 基于特征基因的模塊-特征相關(guān)性的熱圖（從紅色，正相關(guān)，到白色，無相關(guān)，到藍(lán)色，負(fù)相關(guān)）。

c 我們使用WGCNA軟件包和Pearson方法計(jì)算了每個基因的基因重要性。根據(jù)光強(qiáng)度、溫度和Fv/Fm參數(shù)繪制的模塊平均基因重要性的箱線圖（以相應(yīng)的模塊顏色表示）。箱線圖顯示了數(shù)據(jù)的四分位距（IQR），簡潔地展示了連續(xù)變量的分布。每個數(shù)據(jù)點(diǎn)（n）代表一個基因，總基因數(shù)n與b中顯示的相同。

亮點(diǎn)：同樣是多性狀的WGCNA分析，不過還可視化了WGCNA結(jié)果表格中模塊每個基因的基因重要性。
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