使用barcodeplot可视化你的基因排序

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gsea分析这方面教程我在《生信技能树》公众号写了不少了，不管是芯片还是测序的表达矩阵，都是一样的，把全部基因排序即可：

  • 比如你有2万个基因，你根据自己的条件分组后算差异情况，根据差异把基因排序，然后看缺氧相关200个基因组成的集合在全部的排好序的2万个基因是散乱分布，还是集中于头部和尾部。
  • 当然了，基因集肯定不仅仅是缺氧这个生物学功能啦，在msigdb数据库有几万基因集合，其实生物学背景更重要。
  • 另外，基因的排序也不仅仅是条件分组后算差异来排序，也可以仅仅是表达量高低排序。

msigdb数据库网页里面有着丰富的基因集，MSigDB（Molecular Signatures Database）数据库中定义了已知的基因集合：http://software.broadinstitute.org/gsea/msigdb 包括H和C1-C7八个系列（Collection），每个系列分别是：

  • H: hallmark gene sets （癌症）特征基因集合，共50组，最常用；
  • C1: positional gene sets 位置基因集合，根据染色体位置，共326个，用的很少；
  • C2: curated gene sets：（专家）校验基因集合，基于通路、文献等：
  • C3: motif gene sets：模式基因集合，主要包括microRNA和转录因子靶基因两部分
  • C4: computational gene sets：计算基因集合，通过挖掘癌症相关芯片数据定义的基因集合；
  • C5: GO gene sets：Gene Ontology 基因本体论，包括BP（生物学过程biological process，细胞原件cellular component和分子功能molecular function三部分）
  • C6: oncogenic signatures：癌症特征基因集合，大部分来源于NCBI GEO 发表芯片数据
  • C7: immunologic signatures: 免疫相关基因集合。

如下所示的一个经典的gsea图:

文献：Decoding Human Megakaryocyte Development

它就很好的说明了这个 innate immune response基因集，是在排序好的2万多个基因里面是左偏的，也就是说这个通路是激活的。

但是这个gsea分析对绝大部分初学者来说理解起来很困难，而且代码实现难度也不小。最近看教程，发现其实limma包就有一个barcodeplot函数，其示例代码很容易让人理解：

library(limma)
stat <- rnorm(100)
fivenum(stat)
sel <- 1:10
sel2 <- 11:20
stat[sel] <- stat[sel]+1
stat[sel2] <- stat[sel2]-1
stat
plot(stat)

首先呢，上面的代码创造了一个向量，是100个数值，它们最开始时是乱序，但是我们人为的把前面的10个数值加上了1，这样前面的10个数值就会名列前茅。然后呢，我们人为的把第11到20个数值减去1，这样的它们数值会偏小，但是并不会垫底。

下面的barcodeplot可视化你的基因排序 ，很容易看出来：

# One directional
barcodeplot(stat, index = sel)
# Two directional
barcodeplot(stat, index = sel, index2 = sel2)

可以看到，第一个基因集合， 就是前面的10个数值其实是遥遥领先，而第二个基因集合，就是第11到20个数值会比较小，但不会是绝对的垫底。

image-20210516204317363

亲爱的读者，发挥你聪明的小脑瓜，思考一下，假如你在前面把 人为的把第11到20个数值减去10，这样的话，第二个基因集合，是不是就可以看到很明显的垫底情况了？

上面的代码大量涉及到R基础知识：

需要把R的知识点路线图搞定，如下：

  • 了解常量和变量概念
  • 加减乘除等运算（计算器）
  • 多种数据类型（数值，字符，逻辑，因子）
  • 多种数据结构（向量，矩阵，数组，数据框，列表）
  • 文件读取和写出
  • 简单统计可视化
  • 无限量函数学习
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