Cytoscape构建网络图实操

基础理论

网络图

网络图非常常见，不仅被用在生物信息学分析，在生活中也很常见，如民航航线图、食物链、基因调控网络都是网络图经典的例子。

南航航线图

食物链

基因调控网络

网络图应用价值

• 直观形象的呈现数据关系
• 高效的挖掘和解析数据（WGCNA后模块内大量基因的筛选）

网络图的构成基础

• 节点（node）：表示元素
  节点属性：大小、形状、颜色、标签、边框可以表示表达量、差异倍数、RNA类型、pathway分类、基因名称等。
• 线（edge）：表示元素之间的关系
  线属性：粗细、类型、颜色、方向可以表示：相关性强弱、相关性正负、靶向关系、相关性显著性等。

重要概念

• 连通性（Degree）：一个节点拥有的线的数量。
• 核心元素（Hub gene）：位于调控网络中心，也就是连通性较高的元素。

数据准备

建立关联

• 基于已有成果获得。（string数据库）
• 基于表达量/丰度的相关性。（WGCNA）
• 基于序列的碱基互补关系。（miRNA-mRNA）
• 基于功能分类关系。（富集分析）

数据要求

• 格式：
  tsv文件（Tab Separated Values）
  csv文件（Comma ）
  xls，xlsx文件

• 内容：
  edge文件：必须文件，包含节点关系关键数据。如下图所示，第一列为起始点的基因名，第二列为终止点的基因名，第三列为TOM值（这个数据是WGCNA的数据结果，因此我用了TOM值，也可以是其他的数据，如两点间相关性。）WGCNA分析有点复杂，有朝一日我整理好后再发给大家参考。

  
  
  

  edge文件

node文件：非必须，按需准备。如下图所示，第一列是点的基因名，注意对应edge文件中的点的信息，我下图展示的是我给每个基因Ensembl ID添加的Gene Symbol信息和注释信息，也可以是其他的数据，如基因的表达量等。

node文件

软件基本操作

数据导入

• 导入edge数据
  点击下图所示的按键，导入edge数据。

  
  
  

  导入数据
  
  

  导入后需要选择每一列的数据类型，主要设置边的起始位置和结束位置。

  
  
  

  数据类型选择

• 导入node数据
  点击对应位置，导入node数据，要确保数据和edge数据的命名一致。

  
  
  

  导入数据

生成网络图

导入edge后，在图片编辑框中就可以看到生成的最基础的网络图，我们下一步需要做的就是对它进行美化，也可以进一步通过Cytoscape进行数据挖掘。

最初版网络图

图片美化

对于最初版的网络图，我相信没有人会觉得好看，也绝对满足不了杂志的要求，那么，我们就动手美化它。
其实Cytoscape的可视化界面非常人性化，按照我下面的批注，大家都点一点，应该很快就能掌握。

参数说明

需要特别解释一下“参数赋值”和“点/线排列形式”的用法。

• 参数赋值：比如，想要用圈的大小表示基因的连通性大小、圈的颜色表示基因的表达量高低、线的粗细表示权重值的大小等，都可以通过给各个区域赋值达成。在Cytoscape中，点和线的颜色、粗细都可以赋值，点击相应的参数，赋予你想要展示的数据即可。
• 点/线排列形式：在Cytoscape中，所有的点都是可以自己手动拖动的，当数据量很大时，非常辛苦。因此，软件有自动排布功能，点击“layout”就可以看到，自动排布形式主要有：矩形排布、圆形排布、层级排布，每一种都有适用范围，如果展示基因相互关系建议用圆形排布，点一下试试就知道。

Tips：选择数据点后（手动选择结合下面要说到的筛选选择），再点击排布，就可以把杂乱无章的图，变得整齐且能说明问题，如下图所示。

网上不知名数据

数据挖掘

Cytoscape的数据挖掘主要是用到“筛选”工具。网络图常见的筛选方式是利用连通性筛选关键基因，Cytoscape可以直接计算点的连通性（K），点击菜单栏Tools--NetworkAnalyzer--Network analysis--Analyze Network，然后选择自己数据对应的类型（有/无方向），点击确认，连通性数据就会出现在“点信息页”，列名为“degree”。

选择数据类型

点击筛选模块，新建筛选条件，在下拉菜单中选择“degree”，即可用连通性作为筛选条件，选择满足连通性要求的点。如果图片中点和线特别多，可以用该方法选择连通性较高的点新建画布，只对这些连通性高的基因做图。当然，筛选条件不仅仅是K值，也可以用WGCNA分析里的TOM值，或者基因的表达量等，只要是数值型变量就行，大家尝试一下就明白了。

筛选

结果展示