跟著張旭東老師學ggplot2繪制火山圖

基因課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/
聽張旭東老師的課

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導入數據

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

加載包

library(ggplot2)
library(ggsci) # ggplot擴展包，內含不同級別期刊的標度

準備框架

ggplot(data = de_result, aes(x = log2FoldChange, y = -log10(padj))) # 創建畫布
ggplot(data = de_result, aes(x = log2FoldChange, y = -log10(padj))) + geom_point() + # 繪制散點圖，添加散點幾何對象，“+”用來接后面的添加工具
theme_bw() # 換主題，可以試theme_classic, theme_test等，theme_bw適合科研用

將 direction 映射到點的顏色

  • 讓火山圖中上調、下調、ns的基因對應的點有不同的顏色
  • commands
    ggplot(data = de_result, aes(x = log2FoldChange, y = -log10(padj))) +
    geom_point(aes(color = direction)) +
    scale_color_npg() +
    theme_bw()
  • 標注
    • aes 為表示映射的函數
    • scale_color_xxx() 利用ggsci包配色，npg為Nature的高度， jco等，還有很多

標度

  • 對于圖表顏色、樣式等，不同的期刊有不同的喜好
  • ggsci是ggplot的擴展包，記載了SCI不同級別期刊的不同喜好
  • scale_color_xxx() # 標度調色板。xxx處為對應期刊，詳見幫助文檔

自定義修改顏色

  • 需要制定顏色對應項的順序，需要自定義調色板
  • 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()
  • 標注
    • direction一列只有up/ns/down三個值，為離散型變量——無序，將離散型變量排序后為因子型變量——有序；
    • 使用mutate需要加載tidyverse；
    • mutate可以修改列的數據類型，修改為因子型變量——有序；
    • my_palette參數中傳入的是自定義的顏色，可以試試顏色my_palette <- c('#E64B35FF', '#999999', '#4DBBD5FF')，數據映射的順序與因子的順序一致，若沒有定義因子順序，默認離散變量的排序為字母順序
    • scale_color_manual() 傳入自己的參數
  • 顏色調整
    • 深沉的顏色相對好看
    • 網上查找“16進制顏色”

修改點的大小

  • log2FC越大的點越大
  • 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()
  • 標注
    • geom_point(aes(size = ?)) 調節點大小的映射值
    • abs求絕對值
    • scale_size(range = ?) 定制點的大小，一般為0.1-2或0.1-3

增加透明度(選加)

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()

點的形狀

  • 有邊框的點和無邊框的點有差別


    ggplot中的點形狀
  • 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()
  • 標注
    • shape指定有邊框的點
    • alpha = 1/2指定全部顏色透明度
    • color指定邊框顏色
    • fill指定填充顏色映射值

添加閾值線

  • R語言線的類型


    線的類型

  • 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()

  • 標注

    • geom_hline()繪制水平線，geom_vline()繪制垂直線；
    • yintercept指定線的y軸值，xintercept指定線的x軸值；
    • 坐標軸的值是通過計算得到的，不能用數值直接指定
    • 虛線——dashed
    • size調整線的粗細，一般用默認的即可
    • color調整線的顏色，默認黑色

添加標簽

  • 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()
  • 標注
    • ggrepel包用于加標簽(自動避免標簽重疊)
    • 給關鍵點添加標簽
    • 使用filter需要加載tidyverse包
    • 注意padj指定值的表示方式
    • 如果想要指定加標簽的點，則top_de賦值改為如下操作
      top_de <- filter(de_result, id == 'HF01786')
    • geom_label_repel()指定標簽及映射的值
    • ylim篩掉太大的已經被研究過的點，防止值太大的點影響其他基因在圖中的顯示

設置坐標軸名字及標題

  • 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))
  • 標注
    • labs設置x軸、y軸、圖例(size)及全圖的標題
    • theme_bw主題中標題靠左，想要居中要自己設置，不過要注意順序，先肯定theme_bw
    • theme()更改主題中設置，plot.title = element_text()給標題設置，size → 字體，hjust = 0/0.5/1 → 靠左/居中/靠右，vjust可設置縱向居中

修改圖例

  • 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))
  • 標注
    • guides()去除一個圖例
    • theme中legened.background 設置圖例文字背景，legend.key設置圖例圖像背景，使背景變透明，不要遮蓋圖中的網格線，
    • legned.position限定圖例位置，默認為legend.position = 'right', 想畫在圖中需要手動調整
    • legend.position = c(x,y), 0→1為坐標軸最小到最大，手動調整，多次換值

圖片導出

  • 方法一
    Rstudio導出pdf格式，不要用PNG
  • 方法二
    畫圖前聲明pdf文件,打開一個pdf文件
    pdf(file = 'p1.pdf')
    ggplot(... ...) # 畫圖省略
    dev.off()

總結

  • 1.圖層：顏色、透明度、性狀等的調整為全局調整；
  • 2.映射：對應的點顏色、透明度、性狀等屬性有不同分類；
  • 3.標度：控制映射的規律
  • 4.主題：顏色是否好看
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