本文轉(zhuǎn)載自：Cytoscape可視化物種分類樹結(jié)構(gòu)

Cytoscape可視化物種分類樹結(jié)構(gòu)

卵牍。因此本篇就只是概括了一下大致的過程，包括如何準(zhǔn)備輸入數(shù)據(jù)勉躺，以及在Cytoscape可視化時大致上要點擊哪些按鈕等，并未仔細(xì)琢磨成品圖刽射。所以序宦，下文略顯粗糙雄可，大家有興趣就看吧……

這其實是個物種分類樹厨疙，代表的微生物分類柑晒。從高級分類水平（界缴守，細(xì)菌和真菌）的根節(jié)點開始固耘，依次往低分類層級（門綱目科屬等）延伸题篷，逐漸形成分支，末端節(jié)點應(yīng)該是OTU或者種水平厅目。因此番枚，分支呈簇狀展示，分支的顏色主要按門水平著色损敷，將衍生自同一類門的微生物分支賦值相同的顏色葫笼。節(jié)點的大小應(yīng)該對應(yīng)了微生物的豐度，而節(jié)點的顏色主要有兩種拗馒，猜測紅色代表了一些重要的微生物路星，白色是不重要的。圖中文字部分則標(biāo)識了主要的微生物門所含的節(jié)點數(shù)量诱桂，以及這些微生物的總豐度占比奥额。

好吧苫幢，其實白魚同學(xué)并不知道這是來自哪篇文章的插圖，不清楚它的任何細(xì)節(jié)垫挨，包括其具體的指代信息以及作者試圖表達(dá)的意義等韩肝，上一段文字純粹是看圖瞎猜的……又懶得問其來源，那就按照這種理解去模仿吧九榔，反正只是隨手畫個圖嘛哀峻，不要在意那么多細(xì)節(jié)。

準(zhǔn)備數(shù)據(jù)

示例數(shù)據(jù)和預(yù)處理R代碼的百度盤鏈接（提取碼哲泊，sf9f）：

https://pan.baidu.com/s/1nS402FLH3lQu8CNq6JjEsA

網(wǎng)盤附件“otu.txt”如下所示剩蟀，以O(shè)TU的豐度為主，后面跟上這些OTU所屬的界門綱目科屬分類切威。需要事先把一些注釋不明確的物種提前去除（比如unidentified育特、unknown、others等）先朦，否則導(dǎo)致了一些分類關(guān)系混亂缰冤。然后將它讀到R中，整合各個分類水平的包含關(guān)系喳魏，即上一級分類和下一級分類的對應(yīng)列表用作邊列表棉浸，并統(tǒng)計共計多少分類類型及其豐度用作節(jié)點列表。

#讀入數(shù)據(jù)

otu <- read.delim('otu.txt', stringsAsFactors = FALSE, check.names = FALSE)

#整合各分類層級和所含物種豐度的嵌套關(guān)系刺彩，構(gòu)建網(wǎng)絡(luò)邊列表

#source 和 target 分別對應(yīng)了上下級物種分類層級的對應(yīng)關(guān)系迷郑，abundance 表示 target 的豐度

genus_otu <- otu[c('genus', 'otu', 'abundance')]

names(genus_otu) <- c('source', 'target', 'abundance')

family_genus <- aggregate(otu$abundance, by = list(otu$family, otu$genus), FUN = sum)

names(family_genus) <- c('source', 'target', 'abundance')

order_family <- aggregate(otu$abundance, by = list(otu$order, otu$family), FUN = sum)

names(order_family) <- c('source', 'target', 'abundance')

class_order <- aggregate(otu$abundance, by = list(otu$class, otu$order), FUN = sum)

names(class_order) <- c('source', 'target', 'abundance')

phylum_class <- aggregate(otu$abundance, by = list(otu$phylum, otu$class), FUN = sum)

names(phylum_class) <- c('source', 'target', 'abundance')

kingdom_phylum <- aggregate(otu$abundance, by = list(otu$kingdom, otu$phylum), FUN = sum)

names(kingdom_phylum) <- c('source', 'target', 'abundance')

edge_list <- rbind(kingdom_phylum, phylum_class, class_order, order_family, family_genus, genus_otu)

#將各個分類層級對應(yīng)至 phylum，以便用于在 Cytoscape 中調(diào)整樹分支的顏色

otu_phylum <- otu[c('phylum', 'otu')]

names(otu_phylum)[2] <- 'target'

genus_phylum <- otu[c('phylum', 'genus')]

names(genus_phylum)[2] <- 'target'

family_phylum <- otu[c('phylum', 'family')]

names(family_phylum)[2] <- 'target'

order_phylum <- otu[c('phylum', 'order')]

names(order_phylum)[2] <- 'target'

class_phylum <- otu[c('phylum', 'class')]

names(class_phylum)[2] <- 'target'

phylum_phylum <- otu[c('phylum', 'phylum')]

names(phylum_phylum)[2] <- 'target'

tax_phylum <- rbind(phylum_phylum, class_phylum, order_phylum, family_phylum, genus_phylum, otu_phylum)

tax_phylum <- tax_phylum[!duplicated(tax_phylum$target), ]

edge_list <- merge(edge_list, tax_phylum, by = 'target', all.x = TRUE)

#輸出邊列表

edge_list <- edge_list[c('source', 'target', 'abundance', 'phylum')]

edge_list$weight <- 1

head(edge_list)

write.table(edge_list, 'edge_list.txt', row.names = FALSE, sep = '\t', quote = FALSE)

#構(gòu)建節(jié)點列表创倔，包括各個分類水平的名稱嗡害，以及所含物種總豐度等

node_list <- reshape2::melt(otu, id = 'abundance')

node_list <- aggregate(node_list$abundance, by = list(node_list$value, node_list$variable), FUN = sum)

names(node_list) <- c('shared name', 'taxonomy', 'abundance')

#原始豐度 abundance 的數(shù)值差較大，不利于直接使用該列在 Cytoscape 中定義節(jié)點大小

#再指定個新列 abundance2畦攘，對原始的 abundance 作些轉(zhuǎn)換霸妹，比如 log 降低高豐度的權(quán)重等

node_list$abundance2 <- log(node_list$abundance+1, 2)? #log 轉(zhuǎn)化時加個基數(shù) 1

#添加節(jié)點的 phylum 水平分類

otu_phylum <- otu[c('phylum', 'otu')]

names(otu_phylum)[2] <- 'shared name'

genus_phylum <- otu[c('phylum', 'genus')]

names(genus_phylum)[2] <- 'shared name'

family_phylum <- otu[c('phylum', 'family')]

names(family_phylum)[2] <- 'shared name'

order_phylum <- otu[c('phylum', 'order')]

names(order_phylum)[2] <- 'shared name'

class_phylum <- otu[c('phylum', 'class')]

names(class_phylum)[2] <- 'shared name'

phylum_phylum <- otu[c('phylum', 'phylum')]

names(phylum_phylum)[2] <- 'shared name'

tax_phylum <- rbind(phylum_phylum, class_phylum, order_phylum, family_phylum, genus_phylum, otu_phylum)

tax_phylum <- tax_phylum[!duplicated(tax_phylum$'shared name'), ]

node_list <- merge(node_list, tax_phylum, by = 'shared name', all.x = TRUE)

#根據(jù)事先選擇的一些重要節(jié)點名稱，在節(jié)點列表中標(biāo)識出后輸出節(jié)點列表

select_node <- read.delim('select_node.txt', stringsAsFactors = FALSE)

node_list[which(node_list$'shared name' %in% select_node$id),'select'] <- 1

node_list[which(! node_list$'shared name' %in% select_node$id),'select'] <- 0

head(node_list)

write.table(node_list, 'node_list.txt', row.names = FALSE, sep = '\t', quote = FALSE)

Cytoscape的可視化

這樣兩個輸入文件就準(zhǔn)備好了念搬，分別為上述R輸出的“edge_list.txt”和“node_list.txt”抑堡，導(dǎo)入至Cytoscape中進(jìn)行可視化。

1 讀取輸入文件

打開Cytoscape后朗徊，點擊“Import Network from File System”讀取邊列表首妖，也就是上述輸出的“edge_list.txt”；以及點擊“Import Table from File”讀取節(jié)點列表爷恳，“node_list.txt”有缆。

文件導(dǎo)入后，Cytoscape中自動呈現(xiàn)一幅網(wǎng)絡(luò)圖，這個網(wǎng)絡(luò)圖的結(jié)構(gòu)就代表了給定的物種分類樹了棚壁。

2 邊的顏色和尺寸等屬性調(diào)整

點擊界面左側(cè)“Style”按鈕進(jìn)入外觀調(diào)整選項杯矩。首先是對邊的調(diào)整，點擊下方“Edge”后進(jìn)入邊樣式調(diào)整界面袖外。

已知該網(wǎng)絡(luò)代表了物種分類樹史隆，如上所述，從高級分類水平（界）的根節(jié)點開始曼验，依次往低分類層級（門綱目科屬等）延伸泌射，逐漸形成分支。因此鬓照，下游的分類分支都衍生自上游高級分類分支熔酷。參考圖中將衍生自同一門分類的微生物分支賦值相同的顏色，這里我們效仿豺裆，在上文的R操作過程中已經(jīng)對網(wǎng)絡(luò)中每條邊做了歸類拒秘，邊列表中的“phylum”列就記錄了分支對應(yīng)的門分類水平。點擊“Stroke Color”臭猜，按邊列表中的“phylum”列分配顏色躺酒。

邊的顏色是主要的調(diào)節(jié)屬性。對于其它的屬性获讳，視情況自定義修改阴颖。例如如果覺得邊太細(xì)活喊，就可以點擊“Width”將邊的尺寸設(shè)置的寬一些丐膝，使其更清晰。

3 背景色調(diào)整

隨后钾菊，點擊下方“Network”帅矗，將“Background Paint”背景色設(shè)置為黑色。

4 節(jié)點的顏色和尺寸等屬性調(diào)整

然后是對節(jié)點的調(diào)整煞烫，點擊下方“Node”后進(jìn)入節(jié)點樣式調(diào)整界面浑此。

對于節(jié)點顏色，點擊“Fill Color”滞详，按節(jié)點列表中的“select”列分配顏色凛俱，將1（標(biāo)記的重要的微生物）賦值為紅色，0（不重要的）賦值為白色料饥。

對于節(jié)點形狀蒲犬，勾選下方“Lock node width and height”后，點擊“Shape”統(tǒng)一設(shè)置為圓形岸啡。

對于節(jié)點大小原叮，點擊“Size”，按節(jié)點列表中的“abundance2”列指定大小。該列是個連續(xù)的數(shù)值奋隶，大值對應(yīng)大點擂送，小值對應(yīng)小點。

以及點擊“Properties”顯示出“Label Transparency”選項后統(tǒng)一設(shè)置為0唯欣，即將節(jié)點標(biāo)簽均設(shè)置為透明嘹吨，以去除節(jié)點標(biāo)簽。

5 網(wǎng)絡(luò)布局調(diào)整

上述過程都很簡單境氢，不再多說了躺苦，大家看著來設(shè)置就行。

最后是調(diào)整網(wǎng)絡(luò)布局产还，獲得類似示例圖中的樹狀結(jié)構(gòu)匹厘。可以先嘗試一些自動布局脐区，看看哪些布局風(fēng)格效果較好愈诚。下圖展示一些和示例圖較為相似的自動布局，以及一些不相似但是可能有趣的自動布局牛隅，供大家參考吧炕柔。

點擊菜單欄“Layout”，提供了N種預(yù)設(shè)布局媒佣；此外“Apps”中可以下載更多樣式的插件匕累，例如yFiles布局就是在“Apps”中找的拓展插件之一。

這些自動布局也就是有幾分相似而已默伍。一般來說欢嘿，網(wǎng)絡(luò)圖布局光靠自動布局是難以滿足需求的，配合手工調(diào)整肯定是免不了的也糊，只是手工調(diào)整的過程會很糟心……哦對了炼蹦，說不定真的有自動布局能夠出來示例圖樣式，只是沒找到而已

狸剃。

以下簡單展示一個手工調(diào)節(jié)布局的過程掐隐。以“Prefuse Force Directed Layout?（按?weight?列定義布局）”布局為例，因為它的微生物節(jié)點分類層次不明確钞馁，有待手動拖一下虑省。當(dāng)然，實際情況中盡可能找一個最相似的布局來僧凰，這樣可以簡化手動的工作量探颈。點擊“Select”，按微生物節(jié)點所屬的門分類水平進(jìn)行選擇允悦，并將選中的節(jié)點拉動至一旁膝擂，就可和其它類群分開了虑啤。隨后，設(shè)法手動選擇節(jié)點子集架馋，并拖動將該類群內(nèi)部的節(jié)點的層次結(jié)構(gòu)盡可能區(qū)分明顯狞山。

把所有節(jié)點的層次關(guān)系調(diào)整好，將微生物的分類關(guān)系較好地呈現(xiàn)出叉寂，總之工作量挺大的萍启。所以，白魚同學(xué)就沒再繼續(xù)屏鳍，為了一個示例耗費大量時間在里面就不值得了……本篇教程只是作為方法類指引勘纯，幫助大家了解大體上是怎樣的操作過程就可以了。真正有需要時钓瞭，再花點時間配合手工琢磨布局驳遵，再慢1天也能搞定了吧。

6 關(guān)于文字圖例的添加

最后山涡，如果在Cytoscape中調(diào)試出了想要的結(jié)果堤结，點擊“File > Export > Network to Image”將圖片導(dǎo)出為pdf矢量圖后，放在AI（Adobe Illustrator）中補(bǔ)充文字標(biāo)簽鸭丛。例如示例圖中竞穷，微生物門水平的名稱、節(jié)點數(shù)量和所含物種的豐度占比等鳞溉，就可以通過AI補(bǔ)充瘾带。