pyGenomeTracks——表观多组学个性化track可视化工具

发布时间:2020-03-26 10:48     文章来源:未知     作者:百替生物

在表观多组学联合分析中,我们经常会遇到想对某个区域可视化,每当看到高分文章里漂亮的tracks图,就羡慕不已。今天小编就给大家介绍一款非常好用的python包—pyGenomeTracks,它能够满足Hi-C、ChIP-seq/ATAC-seq、RNA-seq和BS-seq等多种组学数据类型。接下来,就让我们一步步了解下如何实现的吧!

pyGenomeTracks的使用方法很简单易懂,首先需要生成相应的配置文件hic_track.ini(可以自己编辑也可以用make_tracks_file命令自动生成),然后用pyGenomeTracks命令对特定区域生成相应的hic_track.pdf便可。

命令如下所示:

#step1
make_tracks_file --trackFiles hic_data.h5 bigwig.bw -o hic_track.ini

#step2
pyGenomeTracks --tracks hic_track.ini --region chrX:2500000-3500000 --outFileName hic_track.pdf
 

有小伙伴马上发现,画出来的结果跟最上面展示的有些差异。这是因为很多时候我们需要对配置文件track.ini进行修改。另一方面,我们需要设计自己个性化的track,比如基因注释文件,甲基化CpGs位点还有Loops,AB compartments等等,有时候因为数据的特殊性我们还得稍微调整下参数。因此为了画出能够直接用于文章发表的精美的tracks,还是很有必要对一些基本概念了解清楚的。

 

01 软件安装

 

 

pyGenomeTracks需要python >=3.6,这里小编建议用Anaconda3安装。

前几期我们有介绍如何安装Anaconda3,有需求的小伙伴可以点后面链接看看,大家按照步骤安装就可以了,Anaconda3会自动安装python3.6的。

#安装命令
conda install -c bioconda -c conda-forge pygenometracks

 

 

 

02 文件格式

 

 

  • bigwig

  • bed3(TAD domain),bed4(可视化peaks区域),bed6(最简单的基因格式),bed12(UCSC gene format)

  • arcs(Loops)

  • Hi-C matrices

  • bedgraph

  • epilogos

  • narrow peaks

按照软件说明, pyGenomeTracks可以对以上文件格式进行可视化,接下来小编对主要的几种格式进行介绍。

1
bigwig

 

bigwig是一种十分常用的二进制可视化格式,可以直接由bam文件生成。

小编这里没有对bedgraph格式尝试成功,大家如果也不行的话,可以转成bigwig格式再用 pyGenomeTracks画。

#bam转bigwig
bamCoverage -b in.bam --outFileName in.bw --binSize 50 --normalizeUsing RPKM --smoothLength 300 --outFileFormat bigwig
#bedgraph转bigwig
bedGraphToBigWig in.bedGraph chrom.sizes out.bw

目前,ChIP-seq、ATAC-seq和RNA-seq的信号强度都可以用bigwig文件可视化的。另外BS-seq的CpGs甲基化位点和Hi-C组学的AB compartments(PC1值)也可以生成bedgraph格式再转bigwig。

2
bed

 

bed格式的种类非常多,包括bed3、bed4、bed6、bed12等,它们的共同点是前3列都是chr、start、end。

第4列是名称,如果是基因我们通常用symbol名,第5列的信息一般不重要(可以都用0),第6列是基因的+-链信息。

这里我们主要介绍下bed12格式,专门用于USCS gene format可视化的。

其中translation_start,translation_end需要在TSS,TES范围内,用TSS,TES也是可以。

其实我们可以用gtf生成genePredName.txt文件,然后按照上面格式要求自己写脚本生成bed12便可。

备注

bed是0-based格式,也就是从0开始,左闭右开[ )区间,如果出现start=end的情况(如对SNP位点用bed格式可视化时),pyGenomeTracks会报错。另外我们还必须对bed文件进行sort才行。

 

gtfToGenePred -genePredExt -geneNameAsName2 genes.gtf genePredName.txt
sort -k 1,1 -k 2,2n test.bed > out.bed

 

3
Hi-C文件格式

 

Hi-C组学除了前面我们提到的TAD_domain.bed格式和AB compartment用bedGraph表示外,我们还有利用matrix文件画热图以及利用interaction信息画Loops。

1)loops.arcs

Loops必须采用arcs格式,如下图所示。

2)matrix.h5

matrix必须用h5格式,如果我们利用HiCPro软件得到的matrix需要转成h5格式。我们可以利用HiCExplorer软件来完成,它可以对h5,cool,hic,homer,hicpro这些格式相互转换。

hicConvertFormat -m 40000_iced.matrix --bedFileHicpro 40000_abs.bed --inputFormat hicpro --outputFormat h5 -o 40000_iced.h5

 

 

 

03 软件实操

 

 

 

1
数据准备

 

参考2部分准备以下文件:

file = hic_data.h5
file = domains.bed
file = bigwig.bw
file = test.arcs
file = genes_bed12.bed

生成以下配置文件test.ini

可以用make_tracks_file自动生成,之后参考以下内容修改,需要注意的是:

depth作为热图的高度可以调整,颜色colormap也可以为Reds。另外min_value,max_value ,transform也可以根据实际情况调整。

[x-axis]
where = top

[hic matrix]
file = hic_data.h5
title = Hi-C data
colormap = RdYlBu_r
#colormap = Reds
# depth is the maximum distance plotted in bp. In Hi-C tracks
# the height of the track is calculated based on the depth such
# that the matrix does not look deformed
depth = 200000
transform = log1p
file_type = hic_matrix

[tads]
file = domains.bed
file_type = domains
border color = black
color = none
line_width=1.5
# the tads are overlay over the hic-matrix
# the share-y options sets the y-axis to be shared
# between the Hi-C matrix and the TADs.
overlay previous = share-y

[spacer]

[bigwig file test]
file = bigwig.bw
# height of the track in cm (optional value)
height = 4
title = ChIP-seq
min_value = 0
max_value = 30
transform = log1p
[spacer]

[test arcs]
file = test.arcs
line_width = 3
color=purple
#color = RdYlGn
title = Loops
height = 3

[test gene rows]
file = genes_bed12.bed
height = 3
title = UCSC bed12 genes
fontsize = 8
style = UCSC
gene_rows = 3
color=black
border color = black

 

 

2
生成track图

 


pyGenomeTracks --tracks test.ini --region chrX:2800000-3300000 --outFileName test_track.pdf

以上,就是本次分享的全部内容了,是不是很容易就能实现呢!其实小编这里主要还是起着抛砖引玉的作用,更多精美漂亮的图还等着各位小伙伴去一一尝试哦!另外该包的作者在github网址有很详细的examples。大家有兴趣的话可以去https://github.com/deeptools/pyGenomeTracks/tree/master/pygenometracks/tests/test_data下载钻研。

参考资料:

[1] https://github.com/deeptools/pyGenomeTracks

[2] https://hicexplorer.readthedocs.io/en/latest/content/installation.html

[3 ]Fidel Ramírez, Vivek Bhardwaj, Laura Arrigoni, Kin Chung Lam, Björn A. Grüning, José Villaveces, Bianca Habermann, Asifa Akhtar & Thomas Manke. High-resolution TADs reveal DNA sequences underlying genome organization in flies. Nature Communications (2018) doi:10.1038/s41467-017-02525-w

来源:“生信阿拉丁”公众号

 

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