通过3个数据集取差异基因的交集复现一篇文中的韦恩图
老大让复现的是一张韦恩图，来自3个数据集，分别找每个数据集的差异基因，然后取UP和DOWN的交集。原文链接：https://www.ncbi.nlm.nih.gov/pmc/articles/PMC6054764/#.
原文中的图片如下
image-20191121212758565
想先用循环下载含有表达矩阵和临床信息的一个list，然后试着用循环
library(GEOquery)
ls<-c('GSE38959','GSE45827','GSE65194')
for (i in 1:length(ls)){
gset[[i]] <- getGEO(ls[i], #系列编号
destdir = '.', #当前目录
getGPL = F)
}
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但是下载下来的就只是表达矩阵，并不是含有临床信息的list，下载后的表达矩阵如下
image-20191121212900565
接着想再尝试循环读取上面的表达矩阵
tmp<-dir(pattern = ".gz")
tmp
dat<-list()
for (i in 1:length(tmp)) {
dat[[i]]<-read.table(tmp[i],comment.char = '!',sep = '\t',header = T,row.names = 1)
}
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上面就能得到含有三个data.frame的list了，上面两个循环就只会到这里，因为还要再去下载数据集的临床信息，所以就分三个数据集分别下载，得到上下调基因然后做韦恩图。
image-20191121212816589
-
获得第一个数据集的差异基因，下面是代码
下载数据
rm(list = ls())
options(stringsAsFactors = F)
f='GSE38959_eSet.Rdata'
# https://www.ncbi.nlm.nih.gov/geo/query/acc.cgi?acc=GSE38959
library(GEOquery)
if(!file.exists(f)){
gset <- getGEO('GSE38959', destdir=".",
AnnotGPL = F,
getGPL = F)
save(gset,file=f)
}
load('GSE38959_eSet.Rdata')
class(gset)
length(gset)
class(gset[[1]])
a=gset[[1]]
dat=exprs(a) #a现在是一个对象，取a这个对象通过看说明书知道要用exprs这个函数
dim(dat)
dat[1:4,1:4]
pd=pData(a) #通过查看说明书知道取对象a里的临床信息用pData
tnbc=rownames(pd[grepl('triple',as.character(pd$title)),])
normal=rownames(pd[grepl('normal',as.character(pd$title)),])
dat=dat[,c(tnbc,normal)]
group_list=c(rep('tnbc',length(tnbc)),
rep('normal',length(normal)))
table(group_list)
dat[1:4,1:4]
if(F){
# library(GEOquery)
# #Download GPL file, put it in the current directory, and load it:
# gpl <- getGEO('GPL4133', destdir=".")
# colnames(Table(gpl))
# head(Table(gpl)[,c(1,10)]) ## you need to check this , which column do you need
# probe2gene=Table(gpl)[,c(1,10)]
b=read.table('GPL4133-12599.txt',
sep = '\t',quote = '',
fill=T,header = T)
colnames(b)
probe2gene=b[,c(1,10)]
probe2gene=probe2gene[probe2gene$GENE_SYMBOL != '',]
head(probe2gene)
save(probe2gene,file='probe2gene.Rdata')
}
load(file='probe2gene.Rdata')
head(probe2gene)
ids=probe2gene
colnames(ids)=c('probe_id','symbol')
ids=ids[ids$probe_id %in% rownames(dat),]
ids$probe_id=as.character(ids$probe_id)
dat[1:4,1:4]
dat=dat[ids$probe_id,]
ids$median=apply(dat,1,median) #ids新建median这一列，列名为median，同时对dat这个矩阵按行操作，取每一行的中位数，将结果给到median这一列的每一行
ids=ids[order(ids$symbol,ids$median,decreasing = T),]#对ids$symbol按照ids$median中位数从大到小排列的顺序排序，将对应的行赋值为一个新的ids
ids=ids[!duplicated(ids$symbol),]#将symbol这一列取取出重复项，'!'为否，即取出不重复的项，去除重复的gene ，保留每个基因最大表达量结果s
dat=dat[ids$probe_id,] #新的ids取出probe_id这一列，将dat按照取出的这一列中的每一行组成一个新的dat
rownames(dat)=ids$symbol#把ids的symbol这一列中的每一行给dat作为dat的行名
dat[1:4,1:4] #保留每个基因ID第一次出现的信息
dim(dat)
boxplot(dat)
dat=log(dat+1)
dat[1:4,1:4]
save(dat,group_list,file = 'step1-output.Rdata')
load(file = 'step1-output.Rdata')
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检查数据
rm(list = ls())
options(stringsAsFactors = F)
load(file = 'step1-output.Rdata')
dat[1:4,1:4]
## 下面是画PCA的必须操作，需要看说明书。
dat=t(dat)#画PCA图时要求是行名时样本名，列名时探针名，因此此时需要转换
dat=as.data.frame(dat)
dat=cbind(dat,group_list)
library("FactoMineR")
library("factoextra")
dat.pca <- PCA(dat[,–ncol(dat)], graph = FALSE)#现在dat最后一列是group_list，需要重新赋值给一个dat.pca,这个矩阵是不含有分组信息的
fviz_pca_ind(dat.pca,
geom.ind = "point",
col.ind = dat$group_list,
palette = c("#00AFBB", "#E7B800"),
addEllipses = TRUE,
legend.title = "Groups"
)
ggsave('all_samples_PCA_by_pCR.png')
rm(list = ls())
load(file = 'step1-output.Rdata')
dat[1:4,1:4]
cg=names(tail(sort(apply(dat,1,sd)),1000))#apply按行（'1'是按行取，'2'是按列取）取每一行的方差，从小到大排序，取最大的1000个
library(pheatmap)
pheatmap(dat[cg,],show_colnames =F,show_rownames = F) #对那些提取出来的1000个基因所在的每一行取出，组合起来为一个新的表达矩阵
n=t(scale(t(dat[cg,]))) # 'scale'可以对log-ratio数值进行归一化
n[n>2]=2
n[n< –2]= –2
n[1:4,1:4]
pheatmap(n,show_colnames =F,show_rownames = F)
ac=data.frame(g=group_list)
rownames(ac)=colnames(n)
pheatmap(n,show_colnames =F,show_rownames = F,
annotation_col=ac,filename = 'heatmap_top1000_sd.png')
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差异分析
rm(list = ls())
options(stringsAsFactors = F)
load(file = 'step1-output.Rdata')
dat[1:4,1:4]
table(group_list)
boxplot(dat[1,]~group_list)
bp=function(g){
library(ggpubr)
df=data.frame(gene=g,stage=group_list)
p <- ggboxplot(df, x = "stage", y = "gene",
color = "stage", palette = "jco",
add = "jitter")
# Add p-value
p + stat_compare_means()
}
bp(dat[1,]) ## 调用上面定义好的函数，避免同样的绘图代码重复多次敲。
bp(dat[2,])
bp(dat[3,])
bp(dat[4,])
dim(dat)
library(limma)
design=model.matrix(~factor( group_list ))
fit=lmFit(dat,design)
fit=eBayes(fit)
options(digits = 4)
topTable(fit,coef=2,adjust='BH')
## 但是上面的用法做不到随心所欲的指定任意两组进行比较
design <- model.matrix(~0+factor(group_list))
colnames(design)=levels(factor(group_list))
head(design)
exprSet=dat
rownames(design)=colnames(exprSet)
design
contrast.matrix<-makeContrasts("tnbc-normal",
levels = design)
contrast.matrix ##这个矩阵声明，我们要把 Tumor 组跟 Normal 进行差异分析比较
colnames(design)
deg = function(exprSet,design,contrast.matrix){
fit <- lmFit(exprSet,design)
fit2 <- contrasts.fit(fit, contrast.matrix)
fit2 <- eBayes(fit2)
tempOutput = topTable(fit2, coef=1, n=Inf)
nrDEG = na.omit(tempOutput)
#write.csv(nrDEG2,"limma_notrend.results.csv",quote = F)
head(nrDEG)
return(nrDEG)
}
deg = deg(exprSet,design,contrast.matrix)
head(deg)
save(deg,file = 'deg.Rdata')
load(file = 'deg.Rdata')
head(deg)
bp(dat[rownames(deg)[1],])
## for volcano
if(T){
nrDEG=deg
head(nrDEG)
attach(nrDEG)
plot(logFC,–log10(P.Value))
library(ggpubr)
df=nrDEG
df$v= –log10(P.Value) #df新增加一列'v',值为-log10(P.Value)
ggscatter(df, x = "logFC", y = "v",size=0.5)
df$g=ifelse(df$P.Value>0.01,'stable', #if 判断：如果这一基因的P.Value>0.01，则为stable基因
ifelse( df$logFC >1,'up', #接上句else 否则：接下来开始判断那些P.Value<0.01的基因，再if 判断：如果logFC >1.5,则为up（上调）基因
ifelse( df$logFC < –1,'down','stable') )#接上句else 否则：接下来开始判断那些logFC <1.5 的基因，再if 判断：如果logFC <1.5，则为down（下调）基因，否则为stable基因
)
table(df$g)
df$name=rownames(df)
head(df)
ggscatter(df, x = "logFC", y = "v",size=0.5,color = 'g')
ggscatter(df, x = "logFC", y = "v", color = "g",size = 0.5,
label = "name", repel = T,
#label.select = rownames(df)[df$g != 'stable'] ,
label.select =head(rownames(deg)), #挑选一些基因在图中显示出来
palette = c("#00AFBB", "#E7B800", "#FC4E07") )
ggsave('volcano.png')
ggscatter(df, x = "AveExpr", y = "logFC",size = 0.2)
df$p_c = ifelse(df$P.Value<0.001,'p<0.001',
ifelse(df$P.Value<0.01,'0.001<p<0.01','p>0.01'))
table(df$p_c )
ggscatter(df,x = "AveExpr", y = "logFC", color = "p_c",size=0.2,
palette = c("green", "red", "black") )
ggsave('MA.png')
}
## for heatmap
if(T){
load(file = 'step1-output.Rdata')
# 每次都要检测数据
dat[1:4,1:4]
table(group_list)
x=deg$logFC #deg取logFC这列并将其重新赋值给x
names(x)=rownames(deg) #deg取probe_id这列，并将其作为名字给x
cg=c(names(head(sort(x),100)),#对x进行从小到大排列，取前100及后100，并取其对应的探针名，作为向量赋值给cg
names(tail(sort(x),100)))
library(pheatmap)
pheatmap(dat[cg,],show_colnames =F,show_rownames = F) #对dat按照cg取行，所得到的矩阵来画热图
n=t(scale(t(dat[cg,])))#通过“scale”对log-ratio数值进行归一化，现在的dat是行名为探针，列名为样本名，由于scale这个函数应用在不同组数据间存在差异时，需要行名为样本，因此需要用t(dat[cg,])来转换，最后再转换回来
n[n>2]=2
n[n< –2]= –2
n[1:4,1:4]
pheatmap(n,show_colnames =F,show_rownames = F)
ac=data.frame(g=group_list)
rownames(ac)=colnames(n) #将ac的行名也就分组信息（是‘no TNBC’还是‘TNBC’）给到n的列名，即热图中位于上方的分组信息
pheatmap(n,show_colnames =F,
show_rownames = F,
cluster_cols = T,
annotation_col=ac,filename = 'heatmap_top200_DEG.png') #列名注释信息为ac即分组信息
}
write.csv(deg,file = 'deg.csv')
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上面都是获得了每个表达矩阵的差异分析结果，上面的代码在另外两个数据集再走一波，当然表达矩阵和分组信息需要自己制作好。每一个数据集得到的差异分析的“deg.Rdata”都保存在自己的文件夹，即使都叫“deg.Rdata”也没关系。下面就是做韦恩图，获得3个数据集的UP及DOWN基因的交集，筛选阈值可以按照文章中或自己调整
-
韦恩图的代码如下
rm(list = ls()) ## 魔幻操作，一键清空~
# P<0.05 and |logFC|≥2.0,
# GSE38959, 515 upregulated genes and 337 downregulated genes.
# GSE45827, 2,117 genes were upregulated, and 878 genes were downregulated.
# GSE65194, 2,130 upregulated genes and 901 downregulated genes were identified.
load(file = '../GSE38959/deg.Rdata')
head(deg)
## 不同的阈值，筛选到的差异基因数量就不一样，后面的超几何分布检验结果就大相径庭。
logFC_t=2
deg$g=ifelse(deg$P.Value>0.05,'stable',
ifelse( deg$logFC > logFC_t,'UP',
ifelse( deg$logFC < –logFC_t,'DOWN','stable') )
)
table(deg$g)
up_GSE38959=rownames(deg[deg$g=='UP',])
down_GSE38959=rownames(deg[deg$g=='DOWN',])
load(file = '../GSE45827/deg.Rdata')
head(deg)
## 不同的阈值，筛选到的差异基因数量就不一样，后面的超几何分布检验结果就大相径庭。
logFC_t=2
deg$g=ifelse(deg$P.Value>0.05,'stable',
ifelse( deg$logFC > logFC_t,'UP',
ifelse( deg$logFC < –logFC_t,'DOWN','stable') )
)
table(deg$g)
up_GSE45827=rownames(deg[deg$g=='UP',])
down_GSE45827=rownames(deg[deg$g=='DOWN',])
load(file = '../GSE65194/deg.Rdata')
head(deg)
## 不同的阈值，筛选到的差异基因数量就不一样，后面的超几何分布检验结果就大相径庭。
logFC_t=2
deg$g=ifelse(deg$P.Value>0.05,'stable',
ifelse( deg$logFC > logFC_t,'UP',
ifelse( deg$logFC < –logFC_t,'DOWN','stable') )
)
table(deg$g)
up_GSE65194=rownames(deg[deg$g=='UP',])
down_GSE65194=rownames(deg[deg$g=='DOWN',])
save(up_GSE65194,up_GSE45827,up_GSE38959,
down_GSE65194,down_GSE45827,down_GSE38959,
file = 'all_up_down.rdata')
load(file = 'all_up_down.rdata')
library(VennDiagram)
venn.diagram(list( up_GSE65194=up_GSE65194 ,
up_GSE45827=up_GSE45827,
up_GSE38959=up_GSE38959 ),
fill=c("red","green","blue"),
filename="up_VennDiagram.tiff")
venn.diagram(list( down_GSE65194=down_GSE65194 ,
down_GSE45827=down_GSE45827,
down_GSE38959=down_GSE38959 ),
fill=c("red","green","blue"),
filename="down_VennDiagram.tiff")
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全国巡讲:R基础，Linux基础和RNA-seq实战演练 : 预告：12月28-30长沙站
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