Circos图入门简介 -- 优雅的展示复杂生物数据

本文中所展示的Circos图片均来自circos官方网站(http://circos.ca/)
Circos 是使用Perl语言编写与运行的免费软件。它可以轻易地根据纯文本的配置文件，将用户的输入数据转化为像素图片(PNG)或矢量图片(SVG)。
Circos俗称“圈图”，可应用于多种场景。本文主要介绍其最常用也是最主要的应用——基因组数据展示。

 Martin Krzywinski 最早开发了Circos，他不仅是一名生物信息科学家，同时也是一位优秀的专业摄影师。科学与艺术的双重造诣使得 Circos 不仅具备完善的数据可视化功能，优美的展示方式也是Circos的一大特色。

  强大的功能，丰富展示方式虽是Circos相较于其他软件的优点，但也它的缺点，因为这使它比其他软件更难于上手。另外，软件没有的可视化操作界面，只能在DOS等命令窗口中以执行代码的形式作图。加上配置文件中令人眼花缭乱的参数设置，想灵活的使用并做出一幅优秀的作品需要不断地练习。今天将为您揭开它神秘的面纱，从软件安装、软件原理和图形结构三方面为大家简单介绍这款强大的可视化软件，让大家有初步的了解。

  更多强大的功能，请查看circos官方教程 - http://circos.ca/intro/tabular_visualization/。

软件安装与运行

  需要两款软件：Perl 和 Circos。

Perl

https://www.perl.org/get.html

  将Perl正常安装后，安装如下模块：

Config::General (v2.50 or later)
Font::TTF
GD
List::MoreUtils
Math::Bezier
Math::Round
Math::VecStat
Params::Validate
Readonly
Regexp::Common
Set::IntSpan (v1.16 or later)
Text::Format

Circos

http://circos.ca/software/download/circos/

 下载完成后解压，在软件目录下创建文件夹（例如：MyData）用来存放配置文件、数据、结果图片等信息。并记下软件所在目录的详细地址。

命令运行

 Windows用户打开DOS窗口，将路径切换到 Circos 所在目录下，将conf文件配置好，运行以下命令，将会得到以“circos.png”命名的结果。

perl bin\circos -conf MyData\circos.conf -outputdir MyData -outputfile circos.png

perl bin\circos      相当于运行circos软件；
-conf 	             circos.conf 配置文件路径，配置文件下面将会详细介绍；
-outputdir           输出文件夹；
-outputfile          输出图片名称；

软件原理

  图片的生成与数据的导入都通过配置文件实现。配置文件多种多样，通常以conf为后缀，分别具备不同的功能，关系如下图所示。
  “基本配置”用来定义圈图的基本框架、字体、模式、颜色等基本信息。“图形与规则配置”则主要用于染色体信息展示、标签大小、每一圈的图形、位置等信息设置，由于涉及到具体信息的展示，所以数据的导入也是在此类配置文件中进行设置。

  从上图还可以看出，“circos.conf”为主配置文件，也是命令运行时唯一需要调用的配置文件。其他所有的配置文件可根据需要由“circos.conf”载入，载入的一般方法示例如下图。

图形结构

染色体

  染色体数据一般位于Circos图中的最外圈，它可以决定其他圈的方向、位置等关键信息，起到类似坐标轴的作用。染色体可从形状、大小、颜色、方向、位置等多方面设置。下面列出人类染色体的几种典型的设置方式。

其他图形

  一般可展示的图形结构主要包括：点、线、直方图、热图、文本等。点可用来表示个染色体不同位置的SNP的突变，线展示不同染色体区域之间的相关关系，热图用来展示单位区域突变数量的变化等。同样，使用示例进行展示。

  下面这张图综合运用了上面提到的大部分可用的图形元素。

  展示图形的综合应用，颜色的调配，数据的处理都是做好Circos图的重点，也是难点。需要对每一项参数有深刻的理解，清晰并且优美的展示特点，让Circos图在文章中的作用不仅仅是锦上添花，更是画龙点睛。