M3Drop用法的修改

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两年前我们介绍的用米氏方程解决单细胞转录组dropout现象的文章提出的那个算法，被包装到了R包，是：M3Drop ，文章最开始 2017年发表在biorxiv的是：Modelling dropouts for feature selection in scRNASeq experiments 后来（2019）published in Bioinformatics doi: 10.1093/bioinformatics/bty1044 ，而且整个包的使用方法发生了变化，值得记录和分享一下。

首先回顾一下单细胞流程

单细胞R包如过江之卿，入门的话我推荐大家学习5个R包，分别是: scater,monocle,Seurat,scran,M3Drop 需要熟练掌握它们的对象，：一些单细胞转录组R包的对象 而且分析流程也大同小异：

  • step1: 创建对象
  • step2: 质量控制
  • step3: 表达量的标准化和归一化
  • step4: 去除干扰因素(多个样本整合)
  • step5: 判断重要的基因
  • step6: 多种降维算法
  • step7: 可视化降维结果
  • step8: 多种聚类算法
  • step9: 聚类后找每个细胞亚群的标志基因
  • step10: 继续分类

其中一个步骤是判断重要的基因，我分享过：比较5种scRNA鉴定HVGs方法 里面就提到了 M3Drop::BrenneckeGetVariableGenes 函数，但是如果大家看到的是我早期教程，会发现很多函数用不了了。有必要更新一下教程。

认识测试数据

library(M3Drop)
library(M3DExampleData) 
counts <- Mmus_example_list$data
labels <- Mmus_example_list$labels
total_features <- colSums(counts >= 0)
counts <- counts[,total_features >= 2000]
labels <- labels[total_features >= 2000]

是5个分组，133个细胞

> table(labels)
labels
early2cell earlyblast late2cell mid2cell midblast 
 8 43 10 12 60 
> dim(counts)
[1] 17706 133

首先，它提供3种判断重要的基因的方法

norm <- M3DropConvertData(counts, is.counts=TRUE)
# norm <- M3DropConvertData(log2(norm+1), is.log=TRUE, pseudocount=1)
###################################################
M3Drop_genes <- M3DropFeatureSelection(norm, mt_method="fdr", mt_threshold=0.01)

count_mat <- NBumiConvertData(Mmus_example_list$data, is.counts=TRUE)
DANB_fit <- NBumiFitModel(count_mat)
NBDropFS <- NBumiFeatureSelectionCombinedDrop(DANB_fit, method="fdr", qval.thres=0.01, suppress.plot=FALSE)

HVG <- BrenneckeGetVariableGenes(norm)

require(UpSetR)
input <- fromList(list(M3Drop_genes=M3Drop_genes$Gene, NBDropFS=NBDropFS$Gene,
 HVG=HVG$Gene ))
upset(input)

可以看到3种方法的一致性还可以

image-20191216145551624

肯定是不能选择NBDropFS这个结果啦，就是来源于NBumiFeatureSelectionCombinedDrop 函数，因为基因实在是太多了，而且跟另外两个方法冲突的比较多 。

分组，找差异，可视化marker基因

标准的3个衔接起来的函数：M3DropExpressionHeatmap, M3DropGetHeatmapClusters, M3DropGetMarkers

heat_out <- M3DropExpressionHeatmap(M3Drop_genes$Gene, norm, 
 cell_labels = labels) 
cell_populations <- M3DropGetHeatmapClusters(heat_out, k=4, type="cell")
library("ROCR") 
marker_genes <- M3DropGetMarkers(norm, cell_populations) 
marker_genes$Gene=rownames(marker_genes)
library(dplyr)
top20 <- marker_genes %>% group_by(Group) %>% top_n(n = -20, wt = pval) 
heat_out <- M3DropExpressionHeatmap(M3Drop_genes$Gene, norm, 
 cell_labels = cell_populations)

轻轻松松就把细胞分类了，而且可以可视化那些排名比较靠前的marker基因。

image-20191216150643896

以前的用法

是 M3Drop流程，主要是分组及找差异的3个函数：

  • M3DropCleanData,M3DropDropoutModels,M3DropDifferentialExpression

加上可视化的一些函数，代表是：

  • M3DropExpressionHeatmap,M3DropGetHeatmapCellClusters,M3DropGetMarkers
 library(M3Drop) 
 dim(counts);dim(meta)
 Normalized_data <- M3DropCleanData(counts, 
 labels = meta, 
 is.counts=TRUE, 
 min_detected_genes=2000)
 par(mar=c(1,1,1,1)) 
 dev.new()
 fits <- M3DropDropoutModels(Normalized_data$data)
 DE_genes <- M3DropDifferentialExpression(Normalized_data$data, 
 mt_method="fdr", mt_threshold=0.01)
 par(mar=c(1,1,1,1)) 
 dev.new()
 heat_out <- M3DropExpressionHeatmap(DE_genes$Gene, Normalized_data$data, 
 cell_labels = Normalized_data$labels$mouseID)
 par(mar=c(1,1,1,1)) 
 dev.new()
 cell_populations <- M3DropGetHeatmapCellClusters(heat_out, k=i)
 library("ROCR") 
 marker_genes <- M3DropGetMarkers(Normalized_data$data, cell_populations)
 sigM = with(marker_genes,subset(marker_genes,AUC>0.7 & pval<0.05))
 dim(counts)
 dat=log2(edgeR::cpm(counts+1))
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