利用ggseqlogo绘制seqlogo图

来源:TaoYan评论5,548

利用ggseqlogo绘制seqlogo图-图片1

简介

sequence logo图用来可视化一段序列某个位点的保守性,据根提供的序列组展示位点信息。这方面有很多在线小工具可以完成,这里使用R包ggseqlogo进行可视化。

安装

安装方式有两种

#直接从CRAN中安装
install.packages("ggseqlogo")
#从GitHub中安装
devtools::install.github("omarwagih/ggseqlogo")

数据加载

ggseqlogo提供了测试数据ggseqlogo_sample

#加载包
library(ggplot2)
library(ggseqlogo)
#加载数据
data(ggseqlogo_sample)

ggseqlogo_sample数据集是一个列表,里面包含了三个数据集:

  • seqs_dna:12种转录因子的结合位点序列
  • pfms_dna:四种转录因子的位置频率矩阵
  • seqs_aa:一组激动酶底物磷酸化位点序列
#seqs_dna
head(seqs_dna)[1]

## $MA0001.1<br>## [1] "CCATATATAG" "CCATATATAG" "CCATAAATAG" "CCATAAATAG" "CCATAAATAG"<br>## [6] "CCATAAATAG" "CCATAAATAG" "CCATATATGG" "CCATATATGG" "CCAAATATAG"

#pfms_dna<br>head(pfms_dna)[1]

## $MA0018.2<br>## [,1] [,2] [,3] [,4] [,5] [,6] [,7] [,8]<br>## A 0 0 11 0 1 0 2 8<br>## C 1 1 0 9 0 3 7 0<br>## G 1 10 0 2 10 0 1 1<br>## T 9 0 0 0 0 8 1 2

#seqs_aa
head(seqs_aa)[1]

## $AKT1
## [1] "VVGARRSSWRVVSSI" "GPRSRSRSRDRRRKE" "LLCLRRSSLKAYGNG"
## [4] "TERPRPNTFIIRCLQ" "LSRERVFSEDRARFY" "PSTSRRFSPPSSSLQ"

可视化

ggplot()+geom_logo(seqs_dna$MA0001.1)+theme_logo()

利用ggseqlogo绘制seqlogo图-图片2

ggseqlogo提供了一个直接绘图的函数ggseqlogo(),这是一个包装函数。下面命令结果同上面的。

ggseqlogo(seqs_dna$MA0001.1)

输入格式

ggseqlogo支持以下几种类型数据输入:

  • 序列
  • 矩阵

下面是使用数据中的位置频率矩阵生成的seqlogo

ggseqlogo(pfms_dna$MA0018.2)

利用ggseqlogo绘制seqlogo图-图片3

方法

ggseqlogo通过method选项支持两种序列标志生成方法:bitsprobability

p1 <- ggseqlogo(seqs_dna$MA0001.1, method="bits")
p2 <- ggseqlogo(seqs_dna$MA0001.1, method="prob")
gridExtra::grid.arrange(p1,p2)

利用ggseqlogo绘制seqlogo图-图片4

序列类型

ggseqlogo支持氨基酸、DNA和RNA序列类型,默认情况下ggseqlogo会自动识别数据提供的序列类型,也可以通过seq_type选项直接指定序列类型。

ggseqlogo(seqs_aa$AKT1, seq_type="aa")

 

利用ggseqlogo绘制seqlogo图-图片5

自定义字母

通过namespace选项来定义自己想要的字母类型

#用数字来代替碱基
seqs_numeric <- chartr("ATGC", "1234", seqs_dna$MA0001.1)
ggseqlogo(seqs_numeric, method="prob", namespace=1:4)

 

利用ggseqlogo绘制seqlogo图-图片6

配色

ggseqlogo可以使用col_scheme参数来设置配色方案,具体可参考?list_col_schemes

ggseqlogo(seqs_dna$MA0001.1, col_scheme="base_pairing")

利用ggseqlogo绘制seqlogo图-图片7

自定义配色

ggseqlogo提供函数make_col_scheme来自定义离散或者连续配色方案

离散配色

csl <- make_col_scheme(chars = c("A","T", "C", "G"), groups = c("gr1","gr1", "gr2","gr2"), cols = c("purple","purple","blue","blue"))
ggseqlogo(seqs_dna$MA0001.1,col_scheme=csl)

 

利用ggseqlogo绘制seqlogo图-图片8

连续配色

cs2 <- make_col_scheme(chars = c("A", "T", "C", "G"), values = 1:4)
ggseqlogo(seqs_dna$MA0001.1, col_scheme=cs2)

 

利用ggseqlogo绘制seqlogo图-图片9

同时绘制多个序列标志

ggseqlogo(seqs_dna, ncol = 4)

利用ggseqlogo绘制seqlogo图-图片10
上述命令实际上等同于

ggplot()+geom_logo(seqs_dna)+theme_logo()+facet_wrap(~seq_group,ncol = 4,scales = "free_x")

自定义高度

通过创建矩阵可以生成每个标志的高度,还可以有负值高度

set.seed(1234)
custom_mat <- matrix(rnorm(20), nrow = 4, dimnames = list(c("A","T","C", "G")))
ggseqlogo(custom_mat,method="custom",seq_type="dna")+
ylab("my custom height")

利用ggseqlogo绘制seqlogo图-图片11

字体

可以通过font参数来设置字体,具体可参考?list_fonts

fonts <- list_fonts(F)
p_list <- lapply(fonts, function(f){
ggseqlogo(seqs_dna$MA0001.1,font=f)+ggtitle(f)
})
do.call(gridExtra::grid.arrange,c(p_list, ncol=4))

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注释

注释的话跟ggplot2是一样的

ggplot()+
annotate("rect", xmin = 0.5, xmax = 3.5, ymin = -0.05, ymax = 1.9, alpha=0.1, col="black", fill="yellow")+
geom_logo(seqs_dna$MA0001.1, stack_width = 0.9)+
annotate("segment", x=4, xend = 8, y=1.2, yend = 1.2, size=2)+
annotate("text", x=6, y=1.3, label="Text annotation")+
theme_logo()

利用ggseqlogo绘制seqlogo图-图片13

图形组合

ggseqlogo生成的图形与ggplot2生成的图形组合在一起。

p1 <- ggseqlogo(seqs_dna$MA0008.1)+theme(axis.text.x = element_blank())
aln <- data.frame(
letter=strsplit("AGATAAGATGATAAAAAGATAAGA", "")[[1]],
species=rep(c("a","b","c"), each=8),
x=rep(1:8,3)
)
aln$mut <- "no"
aln$mut[c(2,15,20,23)]="yes"
p2 <- ggplot(aln, aes(x, species)) +
geom_text(aes(label=letter, color=mut, size=mut)) +
scale_x_continuous(breaks=1:10, expand = c(0.105, 0)) + xlab('') +
scale_color_manual(values=c('black', 'red')) +
scale_size_manual(values=c(5, 6)) +
theme_logo() +
theme(legend.position = 'none', axis.text.x = element_blank())
bp_data <- data.frame(
x=1:8,
conservation=sample(1:100, 8)
)
p3 <- ggplot(bp_data, aes(x, conservation))+
geom_bar(stat = "identity", fill="grey")+
theme_logo()+
scale_x_continuous(breaks = 1:10, expand = c(0.105, 0))+
xlab("")
suppressMessages(require(cowplot))
plot_grid(p1,p2,p3,ncol = 1, align = "v")

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SessionInfo

sessionInfo()
## R version 3.4.3 (2017-11-30)
## Platform: x86_64-pc-linux-gnu (64-bit)
## Running under: Ubuntu 17.10
##
## Matrix products: default
## BLAS: /usr/lib/x86_64-linux-gnu/atlas/libblas.so.3.10.3
## LAPACK: /usr/lib/x86_64-linux-gnu/atlas/liblapack.so.3.10.3
##
## locale:
## [1] LC_CTYPE=zh_CN.UTF-8 LC_NUMERIC=C
## [3] LC_TIME=zh_CN.UTF-8 LC_COLLATE=zh_CN.UTF-8
## [5] LC_MONETARY=zh_CN.UTF-8 LC_MESSAGES=zh_CN.UTF-8   
## [7] LC_PAPER=zh_CN.UTF-8 LC_NAME=C
## [9] LC_ADDRESS=C LC_TELEPHONE=C
## [11] LC_MEASUREMENT=zh_CN.UTF-8 LC_IDENTIFICATION=C       
##
## attached base packages:
## [1] stats graphics grDevices utils datasets methods base
##
## other attached packages:
## [1] cowplot_0.9.2 ggseqlogo_0.1 ggplot2_2.2.1
##
## loaded via a namespace (and not attached):
## [1] Rcpp_0.12.15 knitr_1.20 magrittr_1.5 munsell_0.4.3
## [5] colorspace_1.3-2 rlang_0.2.0 stringr_1.3.0 plyr_1.8.4
## [9] tools_3.4.3 grid_3.4.3 gtable_0.2.0 htmltools_0.3.6
## [13] yaml_2.1.16 lazyeval_0.2.1 rprojroot_1.3-2 digest_0.6.15
## [17] tibble_1.4.2 gridExtra_2.3 evaluate_0.10.1 rmarkdown_1.8
## [21] labeling_0.3 stringi_1.1.6 compiler_3.4.3 pillar_1.1.0
## [25] scales_0.5.0 backports_1.1.2

 

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