作者：Jenny
審稿：童蒙
排版：amethyst

引言

在表觀多組學(xué)聯(lián)合分析中，我們經(jīng)常會(huì)遇到想對(duì)某個(gè)區(qū)域可視化，每當(dāng)看到高分文章里漂亮的tracks圖，就羨慕不已。今天小編就給大家介紹一款非常好用的python包—pyGenomeTracks，它能夠滿足Hi-C、ChIP-seq/ATAC-seq、RNA-seq和BS-seq等多種組學(xué)數(shù)據(jù)類型。接下來，就讓我們一步步了解下如何實(shí)現(xiàn)的吧！

pyGenomeTracks的使用方法很簡單易懂，首先需要生成相應(yīng)的配置文件hic_track.ini（可以自己編輯也可以用make_tracks_file命令自動(dòng)生成)，然后用pyGenomeTracks命令對(duì)特定區(qū)域生成相應(yīng)的hic_track.pdf便可。

命令如下所示：

#step1 
make_tracks_file --trackFiles hic_data.h5 bigwig.bw -o hic_track.ini
#step2 
pyGenomeTracks --tracks hic_track.ini --region chrX:2500000-3500000 --outFileName hic_track.pdf

有小伙伴馬上發(fā)現(xiàn)，畫出來的結(jié)果跟最上面展示的有些差異。這是因?yàn)楹芏鄷r(shí)候我們需要對(duì)配置文件track.ini進(jìn)行修改。另一方面，我們需要設(shè)計(jì)自己個(gè)性化的track，比如基因注釋文件，甲基化CpGs位點(diǎn)還有Loops、AB compartments等等，有時(shí)候因?yàn)閿?shù)據(jù)的特殊性我們還得稍微調(diào)整下參數(shù)。因此為了畫出能夠直接用于文章發(fā)表的精美tracks，還是很有必要對(duì)一些基本概念了解清楚的。

01 軟件安裝

pyGenomeTracks需要python >=3.6，這里小編建議用Anaconda3安裝。

前幾期我們有介紹如何安裝Anaconda3，有需求的小伙伴可以點(diǎn)后面鏈接看看，大家按照步驟安裝就可以了，Anaconda3會(huì)自動(dòng)安裝python3.6的。（大火的單細(xì)胞分析軟件Seurat，不能正常安裝，怎么辦？）

#安裝命令
conda install -c bioconda -c conda-forge pygenometracks

02 文件格式

• bigwig
• bed3（TAD domain），bed4（可視化peaks區(qū)域），bed6（最簡單的基因格式），bed12（UCSC gene format）
• arcs（Loops）
• Hi-C matrices
• bedgraph
• epilogos
• narrow peaks

按照軟件說明， pyGenomeTracks可以對(duì)以上文件格式進(jìn)行可視化，接下來小編對(duì)主要的幾種格式進(jìn)行介紹。

2.1 bigwig

bigwig是一種十分常用的二進(jìn)制可視化格式，可以直接由bam文件生成。
小編這里對(duì)bedgraph格式?jīng)]有嘗試成功，大家如果也不行的話，可以轉(zhuǎn)成bigwig格式再用 pyGenomeTracks畫。

#bam轉(zhuǎn)bigwig
bamCoverage -b in.bam --outFileName in.bw --binSize 50 --normalizeUsing RPKM --smoothLength 300 --outFileFormat bigwig
#bedgraph轉(zhuǎn)bigwig
bedGraphToBigWig in.bedGraph chrom.sizes out.bw

目前，ChIP-seq、ATAC-seq和RNA-seq的信號(hào)強(qiáng)度都可以用bigwig文件可視化的。另外BS-seq的CpGs甲基化位點(diǎn)和Hi-C組學(xué)的AB compartments（PC1值）也可以生成bedgraph格式再轉(zhuǎn)bigwig。

2.2 bed

bed格式的種類非常多，包括bed3、bed4、bed6、bed12等，它們的共同點(diǎn)是前3列都是chr、start、end。

第4列是名稱，如果是基因我們通常用symbol名，第5列的信息一般不重要（可以都用0），第6列是基因的+-鏈信息。

這里我們主要介紹下bed12格式，專門用于USCS gene format可視化的。

其中translation_start，translation_end需要在TSS、TES范圍內(nèi)，用TSS、TES也是可以。

其實(shí)我們可以用gtf生成genePredName.txt文件，然后按照上面格式要求自己寫腳本生成bed12便可。

• bed是0-based格式，也就是從0開始，左閉右開[ )區(qū)間，如果出現(xiàn)start=end的情況（如對(duì)SNP位點(diǎn)用bed格式可視化時(shí)），pyGenomeTracks會(huì)報(bào)錯(cuò)。另外我們還必須對(duì)bed文件進(jìn)行sort才行。

gtfToGenePred -genePredExt -geneNameAsName2 genes.gtf genePredName.txt
sort -k 1,1 -k 2,2n test.bed > out.bed

2.3 Hi-C文件格式

Hi-C組學(xué)除了前面我們提到的TAD_domain.bed格式和AB compartment用bedGraph表示外，我們還有利用matrix文件畫熱圖以及利用interaction信息畫Loops。

1）loops.arcs
Loops必須采用arcs格式，如下圖所示。

2）matrix.h5
matrix必須用h5格式，如果我們利用HiCPro軟件得到的matrix需要轉(zhuǎn)成h5格式。我們可以利用HiCExplorer軟件來完成，它可以對(duì)h5、cool、hic、homer、hicpro這些格式相互轉(zhuǎn)換。

hicConvertFormat -m 40000_iced.matrix --bedFileHicpro 40000_abs.bed --inputFormat hicpro --outputFormat h5 -o 40000_iced.h5

03 軟件實(shí)操

3.1數(shù)據(jù)準(zhǔn)備

參考2部分準(zhǔn)備以下文件：

file = hic_data.h5
file = domains.bed
file = bigwig.bw
file = test.arcs
file = genes_bed12.bed

生成以下配置文件test.ini

可以用make_tracks_file自動(dòng)生成，之后參考以下內(nèi)容修改，需要注意的是：

depth作為熱圖的高度可以調(diào)整，顏色colormap也可以為Reds。另外min_value、max_value 、transform也可以根據(jù)實(shí)際情況調(diào)整。

[x-axis]
where = top

[hic matrix]
file = hic_data.h5
title = Hi-C data
colormap = RdYlBu_r
#colormap = Reds
# depth is the maximum distance plotted in bp. In Hi-C tracks
# the height of the track is calculated based on the depth such
# that the matrix does not look deformed
depth = 200000
transform = log1p
file_type = hic_matrix

[tads]
file = domains.bed
file_type = domains
border color = black
color = none
line_width=1.5
# the tads are overlay over the hic-matrix
# the share-y options sets the y-axis to be shared
# between the Hi-C matrix and the TADs.
overlay previous = share-y

[spacer]

[bigwig file test]
file = bigwig.bw
# height of the track in cm (optional value)
height = 4
title = ChIP-seq
min_value = 0
max_value = 30
transform = log1p
[spacer]

[test arcs]
file = test.arcs
line_width = 3
color=purple
#color = RdYlGn
title = Loops
height = 3

[test gene rows]
file = genes_bed12.bed
height = 3
title = UCSC bed12 genes
fontsize = 8
style = UCSC
gene_rows = 3
color=black
border color = black

3.2生成track圖

pyGenomeTracks --tracks test.ini --region chrX:2800000-3300000 --outFileName test_track.pdf

以上，就是本次分享的全部內(nèi)容了，是不是很容易就能實(shí)現(xiàn)呢！其實(shí)小編這里主要還是起著拋磚引玉的作用，更多精美漂亮的圖還等著各位小伙伴去一一嘗試哦！另外該包的作者在github網(wǎng)址有很詳細(xì)的examples。大家有興趣的話可以去https://github.com/deeptools/pyGenomeTracks/tree/master/pygenometracks/tests/test_data下載鉆研。

參考文獻(xiàn)

https://github.com/deeptools/pyGenomeTracks
https://hicexplorer.readthedocs.io/en/latest/content/installation.html
Fidel Ramírez, Vivek Bhardwaj, Laura Arrigoni, Kin Chung Lam, Bj?rn A. Grüning, José Villaveces, Bianca Habermann, Asifa Akhtar & Thomas Manke. High-resolution TADs reveal DNA sequences underlying genome organization in flies. Nature Communications (2018) doi:10.1038/s41467-017-02525-w