基因组浏览器使用 (EPGG)

基因组浏览器是高通量测序分析的一个重要的可视化工具。相比于最终提供的表格,基因组浏览器可以提供更多的信息,如直观展示突变位点、查看有无新转录本或新的可变剪接形式、查看peak的可信度、上下游基因、区域保守性、重复元件、蛋白结合motif等。

我们前面有测序数据可视化列举了4个常用的高通量数据可视化工具,详细介绍了IGV基因组浏览器可视化高通量测序数据UCSC 基因组浏览器的安装使用

最近几次将以华盛顿大学(DC)开发的EPGG基因组浏览器为主要工具 (目前主流浏览器之一,不同的功能更新分别发表于NBT, Nature method等杂志),介绍下基因组浏览器的基本展示内容、各部分含义、使用方式等。

基因组浏览器都可以按照位置基因名字搜索,可进行局部放大和缩小。虽然每个软件略有不同,但基本操作是通用的。点一点,拽一拽,就都能用了。初次接触一个软件,多一点耐心,多一点操作,其实没那么难。

基因信息展示包含基因的转录方向信息 (箭头),基因结构信息 (CDS, UTR, intron),基因功能描述信息等。方向信息对我们识别转录起始位点启动子区域和启动子上的ChIP peak至关重要。

另外还有个功能,基因只在基因组占1%,浏览起来不方便,Juxtapose模式可以只显示基因区,其它区域隐藏,这样截图或浏览起来都更方便。

重复元件是我们做分析时需要关注的一个点,最近Cell文章发现 LINE元件 (A LINE-1-Nucleolin Patnership Regulates Early Development and ESC Identity)是胚胎发育的关键。如果我们的数据能在某个重复元件上有特殊分布,也可能催生重要发现呢。

“峰图”是最常见的展示形式,reads的分布有高有低,在基因组上形成层恋叠嶂的山峰状。峰顶表示对应区域的表达、修饰或结合比较高。

除了峰形图,也可以展示热图、线图等。

数值Track支持的数据一般是bigWig格式,在不同浏览器之间通用。不同Track之间比较时需要先对数据做标准化,也需要设置同等大小的Y轴。数据可以进行一定程度的拟合,使得结果更清晰 (图中的Smooth window)。

这个线图常用于比较富集样品和对照样品,或比较不同样品之间的表达量高低等。把2个Track放到一起展示,高低立见。UCSC genome browser也有类似功能,而且展示效果更好,我们前面也已提过。

EPGG特有的甲基化数据展示,给定每个位点测序深度,CG甲基化比例,CHH,CHG甲基化比例等。还可以在线过滤,筛选不同支持reads数的甲基化位点,更有动态性。是甲基化分析的必备神器。

染色体的三维结构研究越来越多,用途也越来越大。关联SNP位点的功能,寻找enhancer的靶基因,基因组区域互作,都可以通过Hi-C数据提供更多支持信息。EPGG可以用互作热图或loop连线两种方式展示区域之间的互作。

互作热图的识别方式是:如果要看位点A和位点B之间是否有互作,只需在正负45度方向画一条线,查看线是否有交点和交点处颜色强弱即可判断。

还有圈图形式,从宏观展示某个位点与基因组其它区域的互作。

SNP位点展示及连锁不平衡展示,这也是EPGG的特有功能。可视化与Hi-C染色体互作类似。

下一步将讲一下EPGG支持的物种,自带数据和分析功能,以更方便使用。

EPGG支持的物种有人、小鼠、大鼠、猴子、猪、狗、猩猩、鸡、斑马鱼、果蝇、线虫、拟南芥、玉米、大豆、白菜、酵母等,也可以把自己的基因组整理成所需要的格式,导入EPGG使用。

模式生物有比较多的高通量测序研究的大项目,如TCGA,Roadmap,ENCODE等和染色体三维结构或互作 Hi-C、ChIA-PET研究等公共数据,可以直接点击Load加载,然后再选择关注的样品或数据类型,导入浏览器查看。

加载好,Track选择界面如下,可以点击+进一步展开,选择对应数据。

更多Track操作见下图,也可以导入自己的Track (小文件直接上传,大文件提供可访问的链接)。

文件上传界面如下:

Track多了,分组就是问题。EPGG提供右侧的Metadata colormap,用不同的颜色块区分样品和测序类型等,鼠标悬浮会有文字提示,是很方便的功能。

看到需要的结果,可以存储下来,放到文章的图中。

也可以分享给老师、同学、合作者们。

EPGG还提供了很多实用的分析功能,如下图:

同时展示多个基因在多个样品的表达或修饰状态

基因组浏览器分成2个panel,对比展示区域。类似于基因集展示,但更灵活。

只展示基因区,移除基因间区,更方便浏览。

染色体范围的Track分布。

同源基因、同源区域展示,两物种共线性基因组联动。

两个数值Track在给定区域的比较,比如看启动子区H3K4me1和K3K27me3的结合,识别Bivalent promoter

TSS上下游区域H3K4me1, H3K27me3等修饰或TF结合图谱绘制

Roadmap数据专用展示。

访问链接:http://epigenomegateway.wustl.edu/browser/

CHENTONG
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积微,月不胜日,时不胜月,岁不胜时。凡人好敖慢小事,大事至,然后兴之务之。如是,则常不胜夫敦比于小事者矣!何也?小事之至也数,其悬日也博,其为积也大。大事之至也希,其悬日也浅,其为积也小。故善日者王,善时者霸,补漏者危,大荒者亡!故,王者敬日,霸者敬时,仅存之国危而后戚之。亡国至亡而后知亡,至死而后知死,亡国之祸败,不可胜悔也。霸者之善著也,可以时托也。王者之功名,不可胜日志也。财物货宝以大为重,政教功名者反是,能积微者速成。诗曰:德如毛,民鲜能克举之。此之谓也。

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