跟着张旭东老师学ggplot2绘制火山图

基因课FTP地址：ftp://http://gsx.genek.tv/2020-3-10%E7%9B%B4%E6%92%AD%E4%B8%80%E4%B8%AA%E5%AE%8C%E6%95%B4%E7%9A%84%E8%BD%AC%E5%BD%95%E7%BB%84%E9%A1%B9%E7%9B%AE/
听张旭东老师的课

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导入数据

read.table(file = 'de_result.tab', sep = '\t')

加载包

library(ggplot2)
library(ggsci) # ggplot扩展包，内含不同级别期刊的标度

准备框架

ggplot(data = de_result, aes(x = log2FoldChange, y = -log10(padj))) # 创建画布
ggplot(data = de_result, aes(x = log2FoldChange, y = -log10(padj))) + geom_point() + # 绘制散点图，添加散点几何对象，“+”用来接后面的添加工具
theme_bw() # 换主题，可以试theme_classic, theme_test等，theme_bw适合科研用

将 direction 映射到点的颜色

• 让火山图中上调、下调、ns的基因对应的点有不同的颜色
• commands
  ggplot(data = de_result, aes(x = log2FoldChange, y = -log10(padj))) +
  geom_point(aes(color = direction)) +
  scale_color_npg() +
  theme_bw()
• 标注
  • aes 为表示映射的函数
  • scale_color_xxx() 利用ggsci包配色，npg为Nature的高度， jco等，还有很多

标度

• 对于图表颜色、样式等，不同的期刊有不同的喜好
• ggsci是ggplot的扩展包，记载了SCI不同级别期刊的不同喜好
• scale_color_xxx() # 标度调色板。xxx处为对应期刊，详见帮助文档

自定义修改颜色

• 需要制定颜色对应项的顺序，需要自定义调色板
• commands
  library(tidyverse)
  de_result <- mutate(de_result, direction = factor(direction, levels = c('up', 'ns', 'down')))
  my_palette <- c('green', 'grey', 'red')
  ggplot(data = de_result, aes(x = log2FoldChange, y = -log10(padj))) +
  geom_point(aes(color = direction)) +
  scale_color_manual(values = my_palette) +
  theme_bw()
• 标注
  • direction一列只有up/ns/down三个值，为离散型变量——无序，将离散型变量排序后为因子型变量——有序；
  • 使用mutate需要加载tidyverse；
  • mutate可以修改列的数据类型，修改为因子型变量——有序；
  • my_palette参数中传入的是自定义的颜色，可以试试颜色my_palette <- c('#E64B35FF', '#999999', '#4DBBD5FF')，数据映射的顺序与因子的顺序一致，若没有定义因子顺序，默认离散变量的排序为字母顺序
  • scale_color_manual() 传入自己的参数
• 颜色调整
  • 深沉的颜色相对好看
  • 网上查找“16进制颜色”

修改点的大小

• log2FC越大的点越大
• commands
  library(ggplot2)
  library(tidyverse)
  de_result <- mutate(de_result, direction = factor(direction, levels = c('up', 'ns', 'down')))
  my_palette <- c('green', 'grey', 'red')
  ggplot(data = de_result, aes(x = log2FoldChange, y = -log10(padj))) +
  geom_point(aes(color = direction, size = abs(log2FoldChange))) +
  scale_color_manual(values = my_palette) +
  scale_size(range = c(0.1, 2)) +
  theme_bw()
• 标注
  • geom_point(aes(size = ?)) 调节点大小的映射值
  • abs求绝对值
  • scale_size(range = ?) 定制点的大小，一般为0.1-2或0.1-3

增加透明度(选加)

library(tidyverse)
de_result <- mutate(de_result, direction = factor(direction, levels = c('up', 'ns', 'down')))
my_palette <- c('green', 'grey', 'red')
ggplot(data = de_result, aes(x = log2FoldChange, y = -log10(padj))) +
geom_point(aes(color = direction,
size = abs(log2FoldChange),
alpha = abs(log2FoldChange))) +
scale_color_manual(values = my_palette) +
scale_size(range = c(0.1, 2)) +
theme_bw()

点的形状

• 有边框的点和无边框的点有差别

  
  
  

  ggplot中的点形状
• commands
  library(ggplot2)
  library(tidyverse)
  de_result <- mutate(de_result, direction = factor(direction, levels = c('up', 'ns', 'down')))
  my_palette <- c('green', 'grey', 'red')
  ggplot(data = de_result, aes(x = log2FoldChange, y = -log10(padj))) +
  geom_point(shape = 21,
  alpha = 1/2,
  color = 'black',
  aes(fill = direction,
  size = abs(log2FoldChange))) +
  scale_color_manual(values = my_palette) +
  scale_size(range = c(0.1, 2)) +
  theme_bw()
• 标注
  • shape指定有边框的点
  • alpha = 1/2指定全部颜色透明度
  • color指定边框颜色
  • fill指定填充颜色映射值

添加阈值线

• R语言线的类型

  
  
  

  线的类型

• commands
  library(ggplot2)
  library(tidyverse)
  de_result <- mutate(de_result, direction = factor(direction, levels = c('up', 'ns', 'down')))
  my_palette <- c('green', 'grey', 'red')
  ggplot(data = de_result, aes(x = log2FoldChange, y = -log10(padj))) +
  geom_point(aes(color = direction, size = abs(log2FoldChange))) +
  geom_hline(yintercept = -log10(0.05), linetype = 'dashed', size = 0.2) +
  geom_vline(xintercept = c(-1, 1), linetype = 'dashed') +
  scale_color_manual(values = my_palette) +
  scale_size(range = c(0.1, 2)) +
  theme_bw()

• 标注

  • geom_hline()绘制水平线，geom_vline()绘制垂直线；
  • yintercept指定线的y轴值，xintercept指定线的x轴值；
  • 坐标轴的值是通过计算得到的，不能用数值直接指定
  • 虚线——dashed
  • size调整线的粗细，一般用默认的即可
  • color调整线的颜色，默认黑色

添加标签

• commands
  library(ggplot2)
  library(tidyverse)
  library(ggrepel)
  de_result <- mutate(de_result, direction = factor(direction, levels = c('up', 'ns', 'down')))
  top_de <- filter(de_result,
  abs(log2FoldChange) > 2 & padj < 1e-50)
  my_palette <- c('green', 'grey', 'red')
  ggplot(data = de_result, aes(x = log2FoldChange, y = -log10(padj))) +
  geom_point(aes(color = direction, size = abs(log2FoldChange))) +
  geom_hline(yintercept = -log10(0.05), linetype = 'dashed', size = 0.2) +
  geom_vline(xintercept = c(-1, 1), linetype = 'dashed') +
  geom_label_repel(data = top_de, aes(label = id)) +
  ylim(c(0, 200)) +
  scale_color_manual(values = my_palette) +
  scale_size(range = c(0.1, 2)) +
  theme_bw()
• 标注
  • ggrepel包用于加标签(自动避免标签重叠)
  • 给关键点添加标签
  • 使用filter需要加载tidyverse包
  • 注意padj指定值的表示方式
  • 如果想要指定加标签的点，则top_de赋值改为如下操作
    top_de <- filter(de_result, id == 'HF01786')
  • geom_label_repel()指定标签及映射的值
  • ylim筛掉太大的已经被研究过的点，防止值太大的点影响其他基因在图中的显示

设置坐标轴名字及标题

• commands
  library(ggplot2)
  library(tidyverse)
  library(ggrepel)
  de_result <- mutate(de_result, direction = factor(direction, levels = c('up', 'ns', 'down')))
  top_de <- filter(de_result,
  abs(log2FoldChange) > 2 & padj < 1e-50)
  my_palette <- c('green', 'grey', 'red')
  ggplot(data = de_result, aes(x = log2FoldChange, y = -log10(padj))) +
  geom_point(aes(color = direction, size = abs(log2FoldChange))) +
  geom_hline(yintercept = -log10(0.05), linetype = 'dashed', size = 0.2) +
  geom_vline(xintercept = c(-1, 1), linetype = 'dashed') +
  geom_label_repel(data = top_de, aes(label = id)) +
  scale_color_manual(values = my_palette) +
  scale_size(range = c(0.1, 2)) +
  labs(x = 'log2 fold change',
  y = '-log10(P value)',
  title = 'Vocano Plot'
  size = 'log2 fold change') +
  theme_bw() +
  theme(plot.title = element_text(size = 18, hjust = 0.5))
• 标注
  • labs设置x轴、y轴、图例(size)及全图的标题
  • theme_bw主题中标题靠左，想要居中要自己设置，不过要注意顺序，先肯定theme_bw
  • theme()更改主题中设置，plot.title = element_text()给标题设置，size → 字体，hjust = 0/0.5/1 → 靠左/居中/靠右，vjust可设置纵向居中

修改图例

• commands
  library(ggplot2)
  library(tidyverse)
  library(ggrepel)
  de_result <- mutate(de_result, direction = factor(direction, levels = c('up', 'ns', 'down')))
  top_de <- filter(de_result,
  abs(log2FoldChange) > 2 & padj < 1e-50)
  my_palette <- c('green', 'grey', 'red')
  ggplot(data = de_result, aes(x = log2FoldChange, y = -log10(padj))) +
  geom_point(aes(color = direction, size = abs(log2FoldChange))) +
  geom_hline(yintercept = -log10(0.05), linetype = 'dashed', size = 0.2) +
  geom_vline(xintercept = c(-1, 1), linetype = 'dashed') +
  geom_label_repel(data = top_de, aes(label = id)) +
  scale_color_manual(values = my_palette) +
  scale_size(range = c(0.1, 2)) +
  labs(x = 'log2 fold change',
  y = '-log10(P value)',
  title = 'Vocano Plot'
  size = 'log2 fold change') +
  guides(size = FALSE) +
  theme_bw() +
  theme(plot.title = element_text(size = 18, hjust = 0.5),
  legend.background = element_blank(),
  legend.key = element_blank(),
  legend.position = c(0.93, 0.85))
• 标注
  • guides()去除一个图例
  • theme中legened.background 设置图例文字背景，legend.key设置图例图像背景，使背景变透明，不要遮盖图中的网格线，
  • legned.position限定图例位置，默认为legend.position = 'right', 想画在图中需要手动调整
  • legend.position = c(x,y), 0→1为坐标轴最小到最大，手动调整，多次换值

图片导出

• 方法一
  Rstudio导出pdf格式，不要用PNG
• 方法二
  画图前声明pdf文件,打开一个pdf文件
  pdf(file = 'p1.pdf')
  ggplot(... ...) # 画图省略
  dev.off()

总结

• 1.图层：颜色、透明度、性状等的调整为全局调整；
• 2.映射：对应的点颜色、透明度、性状等属性有不同分类；
• 3.标度：控制映射的规律
• 4.主题：颜色是否好看