使用clusterProfiler进行KEGG富集分析

本文详细介绍了如何使用R包clusterProfiler进行KEGG富集分析,包括Over-Representation Analysis和Gene Set Enrichment Analysis。通过具体代码示例展示了barplot、dotplot、emapplot、cnetplot等不同类型的可视化方法,并解释了如何在KEGG通路图上标记富集基因。同时,还提供了获取和转化基因路径注释的相关API和文件格式要求。

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KEGG pathway是最常用的功能注释数据库之一,可以利用KEGG 的API获取一个物种所有基因对应的pathway注释,human对应的API 链接如下

http://rest.kegg.jp/link/hsa/pathway

通过该链接可以获得以下内容

path:hsa00010 hsa:10327
path:hsa00010 hsa:124
path:hsa00010 hsa:125

第一列为pathway编号,第二列为基因编号。这里只提供了pathway编号,我们还需要pathway对应的描述信息,同样也可以通过以下API链接得到

http://rest.kegg.jp/list/

通过该链接可以获得如下内容

path:map00010 Glycolysis / Gluconeogenesis
path:map00020 Citrate cycle (TCA cycle)
path:map00030 Pentose phosphate pathway
path:map00040 Pentose and glucuronate interconversions
path:map00051 Fructose and mannose metabolism

第一列为pathway编号,第二列为具体的描述信息。需要注意的是,pathway是一个跨物种的概念,原始的pathway编号为map或者ko加数字,对于特定物种,改成物种对应的三字母缩写, 比如human对应hsa, 所有拥有pathway信息的物种和对应的三字母缩写见如下链接

https://www.genome.jp/kegg/catalog/org_list.html

clusterProfiler也是通过KEGG API去获取物种对应的pathway注释,对于已有pa

### 实现KEGG通路的分组富集分析 在生物信息学领域,`clusterProfiler` 是一个强大的工具包,能够高效完成基因集合的功能和通路富集分析。为了实现 KEGG 通路的分组富集分析,可以按照以下方式操作: #### 使用 `clusterProfiler` 进行 KEGG 富集分析 `clusterProfiler` 提供了专门针对 KEGG 数据库的函数来执行路径富集分析。以下是具体的操作说明以及代码示例。 1. **安装加载必要的 R 包** 需要先确保已安装并加载所需的 R 包,包括 `clusterProfiler` 和其依赖项。 ```r if (!requireNamespace("BiocManager", quietly = TRUE)) { install.packages("BiocManager") } BiocManager::install(c("clusterProfiler", "org.Hs.eg.db")) library(clusterProfiler) library(org.Hs.eg.db) ``` 2. **准备输入数据** 输入的数据应为一组基因 ID 或符号列表。这些基因通常是从某种实验设计中获得的差异表达基因或其他感兴趣的目标基因集[^2]。 假设有一个名为 `gene_list` 的向量存储目标基因: ```r gene_list <- c("TP53", "BRCA1", "CDK4", "MYC", "AKT1") # 示例基因列表 ``` 3. **转换基因名称到 EntrezID** 许多数据库(如 KEGG)更倾向于使用 Entrez Gene IDs 而不是基因符号。因此,在进行富集分析之前,需将基因符号映射为对应的 EntrezIDs。 ```r eg_ids <- bitr(gene_list, fromType="SYMBOL", toType="ENTREZID", OrgDb=org.Hs.eg.db)$ENTREZID ``` 4. **执行 KEGG 富集分析** 利用 `enrichKEGG()` 函数对基因集进行 KEGG 通路富集分析。此函数允许指定物种参数以匹配相应的背景数据库。 ```r kegg_result <- enrichKEGG(gene = eg_ids, organism = "hsa", pvalueCutoff = 0.05, qvalueCutoff = 0.2) ``` 5. **可视化结果** 可通过内置绘图功能展示富集结果。例如,生成气泡图或柱状图以便直观查看显著性较高的通路。 ```r dotplot(kegg_result) # 气泡图表示法 barplot(kegg_result) # 条形图表示法 # 自定义 CNET 图 (如果需要复杂网络视图) gseDO <- GSEA(data = eg_ids, ont = "DO", nPerm = 100, minGSSize = 10, maxGSSize = 500, pAdjustMethod= "BH") plotEnrichMap(gseDO) # 绘制关联网络图 ``` 上述流程涵盖了从数据预处理到最终可视化的整个工作流,并利用了 clusterProfiler 中的核心功能[^1]^。 --- #### 注意事项 - 如果涉及多个样本群组之间的比较,则可能还需要进一步细分每一群体内的特异性通路或者共同参的通路。 - 对于大规模数据分析项目来说,建议考虑多重假设校正策略(如 FDR 控制),这有助于减少假阳性发现率的影响^。 --- ###
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