《基迪奥生物教学资料》基因调控可视化软件cytoscape实操教程.pdf

基迪奥生物I专注科研服务GENE DENOVO调控关系可视化软件Cytoscape实操演示基迪奥培训组，lW专注科研服务目录介绍基本操作导入数据调整样式选择过滤表达分析2专注科研服务介绍Cytoscape是由许多研究单位共同合作开发的一个开放源 码的生物信息分析软件。http:www.cvtoscape.org/心心期加州大学旧金山分校Bruce Conklin 实验室Memorial_Sloan-Kettering 癌症研究中心 Paste，研R飞验室Chris Sander 实验室 Benno3专注科研服介绍 Cytoscape的核心即是网络。由两个要素构成：节点和边node国二、a个V卡(node)代表一个四詈口及量金子；若V*京或0(edge)明代公此 子司有攵星作周18一 由中森(noae)及 V的展播(edge)威第即力Cyto$CQpeSM:构专注科研调控网络中的各个定义 点和边的定义已经介绍过；D egree(度)，又称为连通性(Connectivity),即 1个基因拥有的边(调控关系)的数量；注：1)WGCNA中，连通性是各个边的相关系数(0-1)之和；2)cytocape软件中有1个定义-Neighborhoodconnectivity指的是相邻基因连通性，而木是这个基因本身；Hub gene：在1个调控网络中，位于中心的基因，即连通性排名靠前的基因。专注科研服务介绍网络绘制的本质网络关系本文数据（表）（1）网络关系数据（基 础）点边点关系（2）网络属性数据（补充描述）点、边的名称，颜色方向二大小粗细等;网络关系图6专注科研服务功能特性Supports Many Standards-支持多种输入格式Session File-可以保存工程文件 Browsing-易于浏览*Layout-多种布局方式*lmage Export-支持导出图像*VizMapper-丰富的样式调整 Filter&Search-智能的选择过滤7专注科研服务安装 Java Runtime Environment http:www.orA ads/jre8-downloads-2133155.html Cytoscape 3.3.0 http:/wwwcvtosc 口 pe.org/download.php8专注科研服务文件格式表格类 tsv文件(Tab Separated Values)csv文件(Comma Separated Values)xIS/Xlsx文件(Excel Files)其他(略)9专注科研J最基本的tsv文件 网络的基本结构 用于建立一个网络的最少信息，就两列。需要添加其他属性时，多加相应的列即可Osourcetargetsour cetar getYKR026CYGL122CYGR218WYGL097WYGL097WYOR2C4WYLR249WYPR080WYLR249WYBR118WYBR118WYAL003WYOL123WYGL044CYNL216WYBR093CYNL216WYER074WYNL216WYIL069CYNL216WYAL038W两种tsv文件就足够我们使用To10专注科研服务tsv格式（推荐）edge属性，也是用来 构建互作网络的必要 文件。表中的2-4列都是对 应的边的sour cetar getinter actioncolorcor r elationUp/DownYKR026CYGL122CPPblue0.1895UpYGR218WYGL097WPPblue0.9207UpYGL097WYOR204WPPr ed03919UpYLR249WYPR080WPPr ed0.8661UpYLR249WYBR118WPPr ed0.6509UpYBR118WYAL003WPPpink0.3578UpYOL123WYGL044CPPpink0.3967UpYNL216WYBR093CPdpur ple0.8281UpYNL216WYER074Wpdpur ple0.1779Up些属性，用于网络可视化。rrtviewClick on a eolusno edit it.Select AllSelect Hone source YKRO26cYGR219TYGL097ITYLR249TYLR24S1Tvnr 1 target YCL122CYCL09711YOR204I1YPRD80VYBRUSTYAL003T vc r fu4rA inttract!on PPPPPPPPPPPP nn三color.blue blue red red rd pinkRi correlation 0.69700.40720.07670.79700.51160.4546 n i加 Up/DonUp Up up Up Up Up Hn.AV11专注科研服务tsv格式（推荐）rreviey node属性，是用来添加节点属性的nodeYKR026Ccolor blueshape tr iangle非必要文件。YGR218Wbluetr iangleYGL097Wr edtr iangle表中的2-3列都是第一列的节点的属 性。YLR249Wr edtr iangleYLR249Wr edtr iangleYBR118WpinktnangleYOL123Wpinktr iangleYNL216WYNL216Wpur ple pur pletr iangle tnangleYNL216Wpur pletr iangleYNL216Wgr eentr iangleClick on a cclurai to edit it.Select Hone,nod.国 color 肖sXapYKR026CblutranfltYCR218WblutrYCL097WrdtranfltYLR249WrdtranfltYLR249WredtranileYBR118Wpinktranf leY0L123WpinktrangleYMT.21 AWpurr:laZT工工会12专注科研服务目录介绍基本操作导入数据调整样式选择过滤表达分析13专注科研欢迎来到CytoscapeSession:New SessionFile Edit View Select Layout Apps Tools Help xNode Table Edge Table Network Table专注科研服务用户界面File Edit View Select Layout Apps Tools HelpSession:New Session菜单栏15专注科研服务目录介绍基本操作导入数据调整样式选择过滤表达分析16专注科研导入数据导入文件界面File Edit View Select Layout Apps Tools HelpSession:New SessionRecent SessionNewOpen.SaveSave As.ImportExportRun.Print Current Network.QuitRUAL.subset.edge.tsv 文化sour ceinter actiontar getL1407non_core88631407 1Y2H JL 7186 J1407 1Y2H J41881407 1non_core51871407 non_coreL 1454 11407向53597329Y2H J257887329Y2H J91467329non.core7490导入文件RUAL.subset.edge.tsv：FileImport Network File文件包含三列，对应点边点的信息。但点的名称（基因名 称）是数字代码，而非基因的简写（symbol号）。“边”将调控 关系分为了五类，便于后续对不同的调控关系线加上不同的颜色。17专注科研服务导入数据PreviewClick on a coluisn to edit it.能aFile Edit View Select Layout Apps Tools Helpr aoie Panelshar ed囱source4A intraction4 tarct 14071407Y2H1407Y2H411407non.cort518T1407non.cort.4：-Y2H53597329Y2H2579S7329Y2M914Select AllSelect Hone把该列作为目标节点把该列作为节点间的关系类型把该列作为起源节点Advanced Options.NodeTable EdgeTabie NetworkTabieMemoty:OK0 ae oo ao f(x)nameCancel18专注科研导入属性数据导入文件界面RUAL.subset.node.tsv 文容File Edit View Select Layout Apps Tools HelpSession:New SessionRecent SessionNewOpen.Ctrl+OSaveCtrl+SSave As.Ctrl+Shifts SNodesImportExportTableRun.Print Current Network.Ctrl+PNetworkStyle.Ontology and Annotation.Lj RUALsubset.sifFile.|Import Table From File|JRL.Public Databases.Alt+TQuitCtrl+QGene nameSymbol ID10236 JHNRPR10248 JI P0P7 11026 JCD KN1A10273 JI STUBl J10320 JZNFN1A110474 JTAD A3L10492 1SYNCRIP10912 JGAD D 45G10953TOMM34导入文件RUAL.subset.node.tsv：FileImport Table 一 FileRUAL.subsetnode.tsv仅仅含有两列，分另j是基因数字代码和基因简写，将用于替换网络中点的名称（数字替换为英文简写）19专注科研导入属性数据K Import Columns From TableTarget Table D ata雷here to Import Table D ata：To a lletwork Collection Select a Network Collection属性文件属于哪个已导入的网络Network CollectionRUAL.subset.sifImport D ata asNode Table Columns属性文件用于描述点还是边Key Column for Networkshared name Case Sensitive Key Values：属性文件与原网络文件的那一列对应PreviewClick on a column to edit it.Select None 10236=1 H1IRPRTarget Table D ata10248 P0P71026 CD KN1A10273 STUB110320 ZNFN1A1 10474 TAD A3L 10492 SYNCRIP 10912 GAD D 45G 10953 1。w?4SeiImport-Advanced OptionsFile Import OptionsD elimiter：,(ccama)口*(seaiicolon)SPACB列之间使用什么为分隔符，这里/采用默认Tab符号分隔高级选项Pr0TABI I Other：Use first line as column names?第一列是否为表头，如 果没有表头，则不勾选Start Import Row：Ignore lines starting with:I OK I10912 CADD45G1Advanced Options.20专注科研服务布局Cytoscape提供了大量美观的自动布局，可以通过软件 自动产生美观的布局方式。当然，用户还可以根据自己的喜好调整。Grid 布 局方式Force-D irected布局专注科研服务布局Circular布局Organic布局22专注科研服务目录介绍基本操作导入数据调整样式选择过滤表达分析23专注科研服务样式NetTorl StylejMode Edge lie tv or kProperties中还可以勾选更多的样 式供你调整。24专注科研服务节点样式Q Netwcfk debdtStyte sjlectProper tes。Def MapByp3分)rBorder Paint4.0Border Width4rzFill Color430.0Height4：Label4Label Color12 Label Font Size4Shape4Sizeo 255Transparency70.0Width.Lock node width and height/_I,iNode pdge NetworkFill color-节点填充颜色Label color-节点标签颜色Label font size-节点字体大小Shape-节点形状Size-节点大小Width&Height-节点长宽Lock node width&height25专注科研服边样式Color-整条边的颜色 Label-标标签内容 Label color-标签颜色 Label font size-标签字体大小 Linetype-边的样式种类（虚线等）Target arrow shape-目标节点端的箭 头形状 Width 一边的粗细 Edge color to arrows26专注科研服务调整样式为了方便自己查阅或把我们的分析结果更好地展示出 来。往往默认样式是无法满足我们这样的需求的。因此我们可以对网络进行可视化优化，使结果更加友 好。如颜色调整，形状调整，大小调整等。接下来我们将简单的介绍如何对我们的网络进行样式 调整。27专注科研服务调整样式,打开软件导入网络文件(RUAL.subset.edge.tsv)和属性文件(RUAL.subset.node.tsv)路径：PPT所在目录sample28专注科研服务调整样式一一改节点名称基迪奥生物GENE DENOVO把数字ID换成symbol选择控制面板中的“style，选择 下方的“node”分页,找到label 点击右方三角形打开折叠 Column”选择“Symbol ID”MappingType”选择Passthrought Mapping注意：在数据面板窗口，可以看到Node Table分页中Symbol ID里|3歹U存 储的是基因简写，所以label名称的 Column要选择Symbol ID。Contro.PaneXletvorlStyhSelectdefaultPropertiesDef.MapBypABorder PaintA0.0Border fidthFill Color435.04【“/Chart 1ColumnLabelSywbol IDMappinf TyptPassthroui Mtppinfs Label Color12Label Font SizeShapeSize乙Tk4VNodeEdgeHetTork屈 shared name name 屈 Symbol ID1407 1407 CRY1，SS63 S363 FER3 71S6 7136 TRAF2 4189 41SS XDF：|ode Table Edge lable lleB ork Table专注科研服务调整样式一一改节点名称30专注科研.调整样式一一改边的颜色Control PanelNetwork Style Select按照不同的连接类型上色default X（即对预设好的不同类型的调控关系线标为不 同的颜色）选择控制面板中的“style，选择下方的“edge”分页，勾选最下方的Edge color toarrows找到“Color”，点击右方三角形打开折叠 Column”选择“interaction”MappingType”选择“D iscrete Mapping”手动为5种类型选择颜色备注：数据窗口的Edge Table页，interaction列就是最初导入 数据的关于调控关系类型的描述。此处参照这五种调控关 系上色m shared namem shared interactionnameinteraction1407(non_corej 1407(Y2H)7186 1407(Y2H)41S3 1407(non_core.non_coreY2HY2Hnon core1407(n.1407(Y.1407(Y.1407(n.non_coreY2HY2H non coreITode|Edge|Networkllode TabiEdge Table|He tv or k Table31专注科研服务调整样式一一改边的颜色32专注科研服务调整样式一一调控网络各项指标统计统计每个节点连接的边数“连接的变数”数据从哪里？属性文件没有这个数据，但是Cytoscape可以统计出来。选择菜单栏中的“Tools，选择下方的NetworkAnalyzer?,进入“Network Analysis”，点击“Analyze Network”；弹出的对话框中选择“Treat the network as undirected例如：这个网络关系中的点（基因），平均每个基因有2.192个邻近点（邻 近相关的基因）。J ALW V U yj%/4 J V L A*X UJI 41 LX A W U U A WAfc3 J，R J J-U&b J 1 kJ W AL UX.X UJIToooloeical Coefficients Shortest Path Length Distribution Shared neighbors DistributionSimple Parameters Node Degree Distribution Avg.Clustering Coefficient DistributionClustering coefficient:0.032Connected components:2ITetvork diameter:12Network radius:1Network centralization:0.171Shortest paths:15008(96%)Characteristic path length:4 Git?Avg.number o neighbors:2.192Numb er o nodes Network density lletvork Heterogeneity Isolated nodes Numb er of self-loops Multirdge node pairs Analysis time(sec)125 0.0181.65201050.03933专注科研服务调整样式一一改变节点大小按节点连接的变数调整节点大小选择控制面板中的“style-选择下方的“node”分页找到“Shape”，点击左方第一个方格中的 图标，选择“Ellipse”勾选 Lock node width&height”找到“Size”，点击右方三角形打开折叠 Column”选择“D egree”MappingType 选择Continuous Mapping”手动调整 Continuous Mapping备注：D egree即连通性，就是每个点的拥有 的边的数量。位于调控网络枢纽位置的点，D egree值最大，通常在调控关系中也起着最 总要的作用。0 Lock node width and height35.0SizeColumnDegreeMapping TypeCurrent MappingContinuous Mapping34专注科研调整样式一一改变节点大小回 Continuous Mapping Editor for Node SizeNode Size8 中P O N80.080.00：Add DeleteSelected Handle Position:Min/MaxCancel OK0：可以通过点击Current mapping进一步调整 每个点的大小专注科研服务调整样式一一改变节点大小36专注科研服务练习数据来源 RUAL.subset.sif dataset,a portion of a human interaction dataset published 2005 Oct 20 in Rual et al.,Nature 437(7062):1173-8文件路径：PPT所在目录、案例1导入文件 RUAL.subset.edge.tsv RUAL.subset.node.tsv调节节点样式属性，使节点显示的名称从ID改为symbol调节边样式属性，使连接类型为“core”的显示为红色,虚线、non_core”而显示为蓝色，其他保持不变。37专注科研服务目录介绍基本操作导入数据调整样式选择过滤表达分析38专注科研服务选择-节点在菜单栏中找到“Select”下的“Node”几个常用的操作 Frist Neighbors of Selected Nodes（选择与已选定基 因直接相连的基因）Nodes Connected by Selected Edges（按 已选中的边 找到其所两端的基因）From ID List File（按指定基因集选中基因）提供一个只含一列的tsv文件专注科研服务选择-节点 Frist Neighbors of Selected Nodes（选择与已选定基因直接 相连的基因）注：黄色为被选中的节点40专注科研服务选择-节点 Nodes Connected by Selected Edges（按 已选中的边找到其 所两端的基因）注：红色为被选中的边，黄色为被选中的节点41专注科研服务选择-边在菜单栏中找到“Select”下的“Edge”几个常用的操作Select Adjacent Edges（选择与已选中的节点相连的边）42专注科研服务 含黑黑翻选择-过滤Contr ol Panel x&Networ k Style SelectDefault filterMatch all(AND)vNodes with at least 3 neighbour s within distance 2 D egree Filter-按边连接数如左图筛选条件1,意思是把flow in和flow out的边力口起来在3到5这个范围内的节点选 中 Column Filter-按值筛选如右图筛选条件2,意思是按照数据的“D egree”那一列的数值,把在3到5这个 范围内的节点选中 Topology Filter-拓扑筛选如右图筛选条件3,意思是从某一个节点 出来，在两条边的范围内的节点数之和大 于等于3。符合这样的条件的节点会被选 中回 Apply AutomaticallyApply 0Selected 9 nodes and 0 edges in 2msFilter Chain43专注科研服务子网络的选择与分离 假设一个情景，我们找到了一两 个连接着两簇基因的关键基因，如图：我们只想关心这三个小模块（围 绕3个核心基因），那该如何从中 抽取呢？演示44专注科研服务 含黑黑魏子网络的选择与分离三个步骤：1.点击选中3个核心基因；2.进一步选出与核心基因相关的周边点和边。此时我们就可以利用 Frist Neighbors of Selected Nodes；菜单栏：SelectnodesFrist Neighbors of SelectedNodes-undirected3用图形单独显示被选中的点和边可再结合一个新工具：New Network From Selection；1Q 0。|喳卜#伪X pRUAL.subset.edge.tsv以上就可以解决一般筛选。当然,要用到上述的几种filter方法。比较复杂的筛选则需45专注科研服务子网络的选择与分离抽取得到的结果46专注科研.导出图片支持的格式 jpg和png（位图）pdf和svg（矢量图）47专注科研服务导出图片File Edit View Select Layout Apps Tools Helpo O I小小超Itel为能Contr ol Panel卜 Network style SelectNetworkNodes.RUAL subset SifRUAL.subset.slfRUAL.subset.slfd)截图只能截取红色方框里的内容Table Panelft QJ ee oo Q so f(x)RuAi.3t.srfshar ed140788637186name140788637186Column.CRY1_ PER3 TRAF2Node Table Edge Tabte Network TableDegr eeAver ageCluster iClosen.IsSinglPar tnerSelfLoo.Eccentr i.Str ess回4.38524592.377049183.475409840.185975610.00735294123740.080(a0.357 vMemory:OK.48专注科研服务目录介绍基本操作导入数据调整样式选择过滤表达分析49专注科研服务 含黑黑魏表达分析一一数据背景背景(Science 2001,292:929-34)Gall、Gal4和Gal80都是酵母转录因子，在相互作用网络 里分别对应YBR020W、YPL248c和YML051W。数据相应的背景：对这三个基因分别进行敲除，然后观 察其对其他基因表达量的影响文件(PPT所在目录案例2)互作网络文件：galFiltered.tsv实验数据：galExpData.tsv注意：这里应该是双色荧光芯片的数据，所以 galExpData.tsv文件中，包含了三组处理条件下，基因敲除 个体相对野生型的基因表达信号以及差异的显著性。即这 个文件包含了三组表达差异分析的结果。50专注科研服务表达分析一一数据背景 galFiltered.tsv Columnl-sourcelD Column?-link type pp-protein to protein pd-protein to DNA Column3-target IDsour celink typetar getYKR026CPPYGL122CYGR218WPPYGL097WYGL097WPPYOR204WYLR249WPPYPR080WYLR249WPPYBR118WYLR293CPPYGL097WYMR146CPPYDR429CYDR429CPPYFL017CYPR080WPPYAL003WYBR118WPPYAL003WYOL123WPPYGL044CYPL211WPPYGR014WYJL030WPPYGL229CYJL013CPPYGL229CYGL122CPPYOL123W专注科研服务表达分析一一数据背景 galExpData.csv（逗号分隔）Columnl-genelD Column?-locus names Column3,4,5-expression measurement Column6,7,8-significance value for that measurementGENECOMMONgallRGexpgal4RGexp 0.111gal80Rexp-0.304gallRGsig3.76E-01gal4RGsig 1.56E-02gal80Rsig 7.91E-06YHR051WCOX6-0.034YHR124WNDT80-0.090.007-0.3482.71E-019.64E-013.45E-01YKL181WPRS1-0.167-0.2330.1126.27E-037.89E-041.44E-01YGR072WUPF30.245-0.4710.7874.10E-047.52E-041.37E-05YHL020C0PI10.174-0.0150.1511.40E-047.19E-011.54E-02YGR145WYGR145W0.387-0.577-0.0885.38E-038.27E-037.64E-01YGL041CYGL041C0.285-0.0860.1034.46E-044.51E-017.03E-01YGR218WCRM1-0.018-0.001-0.0186.14E-019.79E-018.10E-01专注科研服务表达分析一一导入数据导入网络文件3 Session:New SessionFile Edit ViLayout Apps Tools Help舒占0Control Panel.而访rt Network From File|lletworkStyle SelectPreview1.确定三列内容的身份n it.Click on a，source.国 link t3.Q trctYKR026CPPYCL122cYCR218TPPYCL097TYCL097WPPYOR204HYLR249VPPYFR030TYLR249WPPYBR18YLR293CPPYGL09TTYMR：46cPPYDR429IDS429c_on_dvncedDelimiter：,I:stxiclon SPACB0TABI 1OthtrDfeult Interaction2.确定文件的分割符tsv-选择TABvsc b 选择 commainteracts with0 Ust first line as column namesStart laport Row：表达分析一一导入数据导入实验数据3 Session:New SessionFile Edit View Select JLayout Apps Tools Help*肃用Gc Control P.l T;nport Table From File|network Stj-le Select.Data Table file:查找 exp_s amplegalExpData.tsv最近%用 galAHered.tsv点而i围 文档3此电脑文件名重）：网络 文件类型,1）：所有文件 Impor t Columns Fr om TableXTarget Table Datahere to Import Table Data：To a Hetrork Collection v Select a lletiorl:CollectionImport Data as：Node Table Columns vKey Column for Hetvork：shared name-Case Sensitive Key Values：0 1.选择麹里数据的作用，这里是用作节点属性 因雌择Node Table ColumnsImpor t-Advanced OptionsXPreview.2选择需要导入的苑前认全部导入并以第一列为索引Click on s to edit it.File Import OptionsDelimiter：Select HoneSelect All&GE1IE 10 COWU gallRGexp 1 gallRGexp 4目 galSORexp 0YHR051WXX6-0.0340.111-0.304YHR124W加804090.007-0.343YKL181WFRS1-0.167-0.2330.112YCR072WJFF20.245-0.4710.787YHL020C5PI10.174-0.0150.151YCR145VfCR145T0.397-0.577YCL041C0加n maA j-aicolor.：1space团TAB 3.艇文件分隔符类型0Use first line as column namesOK CancelStart Import Rot：Ignore lines starting dth：E专注科研服务表达分析一一导入数据导入实验数据Table Panelft ee oo 应J EO f(x)Node Table Edge Table Network Tableshar ed.nameCOMM.galIRG.gal4RG.gal80R.galIRG.gal4RG.galSOR.YKR026CYKR026CGC1F3-0.154-0.5010.2929.1177E-43.5692E-60.011229YGL122CYGL122CNAB20.1740.020.1878.7295E-40.617070.0059966YGR21STYGR218TCRM1-0.013-0.001-0.0180.613810.97940.80969VCTHQ-TVfiTHQTTn ic-n”n nnon nnoiqinn QQQOC专注科研服务表达分析一一导入数据先把样式改为边有颜色的BioPax（避免后续白色结点看不 到边）专注科研服务表达分析一一改变节点名称用基因座名来代替genelD在网络上显示选择控制面板中的“style，选择下方的“node”分 页，找到“label”点击右方三角形打开折叠“Column”选择“COMMON”MappingType”选择“Passthrought Mapping”注：留意下张幻灯片中的对比图变化58专注科研服务表达分析一一两步操作后的变化59专注科研服务表达分析一一改变节点颜色方便能直观看出基因的表达情况，我们可以给根据基因 表达量给基因上不同的颜色选择控制面板中的“style，选择下方的“node”分 页找到“Fill Color”，点击右方三角形打开折叠 Column”选择“gal80Rexp”MappingType”选择“Continuous Mapping”60专注科研服务表达分析一一改变节点颜色61专注科研服务表达分析一一设置热图颜色变化范围可根据情况自行调整颜色搭配。-1-I7a540 0000Min1 373Edit Handle Positions and ValuesHandle Position：3.1 2 6、OK专；Continuous Mapping Editor for Node All ColorX1 0000Mrx-3 126DeleteNode Fill Color:Cancel62专注科研服务表达分析一一改变节点颜色结果生成：按照表 达量渐变的热图网 络图，以及可以配 套对应的图例。这就可以直接放入 文章中了，但还可 以进一步编辑。63专注科研服务 含黑黑魏表达分析一一改变节点形状除了根据基因表达量给基因上不同的颜色，我们还可以 根据显著性设置节点形状选择控制面板中的“style选择下方的“node分页勾选 Lock node width&height”找到“Size”，点击左方第一个方格，设置大小“50”找到“Shape”，点击左方第一个方格中的图标，选择“Ellipse”，然后点击右方三角形打开折叠 Column”选择 gal80Rsig Mapping Type”选择 Continuous Mapping”专注科研服务表达分析Contr ol Panel&Network Style SelectdefaultProperties Def.Map.Byp.or12O HColumnMapping TypeCurrent Mapping50.0Size255Ho de Edge lie tv or kGAL80LabelLabel ColorShapegalSORsigContinuous Mapping:oTransparencyWidthLabel Font Size X RLM1SWI5GAL3GAL 11HAI，1PMA1HAP4SUC2SPA2MAP?ontinuous MappmCurrent