組學(xué)分析高級(jí)進(jìn)階：Nature Protocols文章教你組學(xué)數(shù)據(jù)的通路富集及其可視化

發(fā)稿時(shí)間：2019-01-30來(lái)源：天昊生物

通路富集分析有助于研究人員深入解析由組學(xué)（基因組、轉(zhuǎn)錄組、表觀組等）方法產(chǎn)生的基因列表數(shù)據(jù)，這種方法可以鑒定出基因列表中富集的生物通路。最新發(fā)表的這篇Nature Protocols文章詳細(xì)解釋了通路富集分析的步驟，并提供了一種實(shí)用指南來(lái)更好的詮釋RNA-seq和基因組測(cè)序等實(shí)驗(yàn)產(chǎn)生的基因列表數(shù)據(jù)。該方案包括三個(gè)主要步驟：從組學(xué)數(shù)據(jù)中定義基因列表，確定統(tǒng)計(jì)學(xué)上富集的通路，以及結(jié)果的可視化及解釋。具體應(yīng)用到g:Profiler、GSEA、Cytoscape和EnrichmentMap四種工具。該方案為沒(méi)有生物信息學(xué)經(jīng)驗(yàn)的生物學(xué)家設(shè)計(jì)，可以在大約4.5小時(shí)內(nèi)完成分析。

本文推薦四種工具完成富集通路分析，因?yàn)樗鼈儍H靠鼠標(biāo)點(diǎn)擊（point-and-click）即可完成分析，無(wú)需編程背景，易于上手。另外它們均可免費(fèi)下載，能夠完成高級(jí)功能分析，具有大量文檔說(shuō)明和最新更新數(shù)據(jù)庫(kù)支持等。

● g:Profiler (https://biit.cs.ut.ee/gprofiler/)

● GSEA (http://software.broadinstitute.org/gsea/)

● Cytoscape (http://www.cytoscape.org/)

● EnrichmentMap (http://www.baderlab.org/Software/EnrichmentMap)

圖1、方案概述

來(lái)自不同組學(xué)數(shù)據(jù)的基因列表通過(guò)使用g:Profiler或GSEA進(jìn)行通路富集分析，鑒定實(shí)驗(yàn)中富集的通路。在Cytoscape中使用EnrichmentMap, AutoAnnotate, WordCloud和clusterMaker2命令，對(duì)富集結(jié)果進(jìn)行可視化和解釋。

o  名詞解釋（Box1）

步驟1、利用組學(xué)數(shù)據(jù)定義感興趣的基因列表

組學(xué)數(shù)據(jù)定義基因列表有兩種主要方式：基因列表（gene list）或排序基因列表（ranked gene list）（圖1）。某些組學(xué)數(shù)據(jù)會(huì)產(chǎn)生一個(gè)基因列表，例如通過(guò)外顯子測(cè)序鑒定腫瘤中的所有體細(xì)胞突變基因等，這樣的列表適合于使用g:Profiler直接輸入通路富集分析。其他組學(xué)數(shù)據(jù)會(huì)產(chǎn)生排序基因列表。例如RNA-seq獲得的差異基因表達(dá)表格等，可以使用GSEA工具進(jìn)行分析。

步驟2A、使用g:Profiler進(jìn)行基因列表的通路富集分析 (圖2，詳細(xì)步驟參見(jiàn)原文)

圖2、g:Profiler界面展示

步驟2B、使用GSEA進(jìn)行排序基因列表的通路富集分析 (圖3-4，詳細(xì)步驟參見(jiàn)原文)

圖3、GSEA界面展示

圖4、GSEA輸出舉例

a、GSEA結(jié)果的網(wǎng)頁(yè)摘要，顯示了在排序列表的頂部或底部富集的途徑，其中“na_pos”和“na_neg”表型分別對(duì)應(yīng)于上調(diào)和下調(diào)基因的富集。b、Mesenchymal中通路富集圖。c、Immunoreactive中通路富集圖。

o  通路富集分析數(shù)據(jù)庫(kù)資源（Box2）

o  多重檢驗(yàn)校正詳解（Box3）

o  通路富集分析中的統(tǒng)計(jì)檢驗(yàn)解釋（Box4）

步驟3、通路富集分析結(jié)果可視化及解釋 (圖5-8，詳細(xì)步驟參見(jiàn)原文)

結(jié)果的可視化由EnrichmentMap軟件完成。

圖5、EnrichmentMap軟件用戶界面

圖6、通路富集圖結(jié)果展示

圖7、EnrichmentMap熱圖結(jié)果舉例

圖8、可用于文章發(fā)表的富集結(jié)果展示

本文除了對(duì)組學(xué)數(shù)據(jù)的通路富集分析及可視化做了詳盡說(shuō)明外，還對(duì)實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)、重復(fù)次數(shù)、參數(shù)和極端值的處理、通路基因集數(shù)據(jù)庫(kù)的選擇、其他軟件方法的比較，以及常見(jiàn)問(wèn)題等都做了說(shuō)明，值得拿來(lái)慢慢品味。

原文網(wǎng)址：http://dx.doi.org/10.1038/s41596-018-0103-9

關(guān)于天昊

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