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python转录组学

Python转录组学入门指南

转录组学是研究细胞转录产物(尤其是mRNA)的学科,是理解基因表达的重要工具。本文将教你如何使用Python进行转录组学分析。从数据获取到结果可视化,我们将逐步讲解每一个环节。

流程概述

下面是转录组学分析的基本流程:

步骤 描述
数据获取 收集原始测序数据(通常为FASTQ文件)
数据预处理 清洗并过滤低质量读段,去除接头序列
比对 将清洗后的读段比对到参考基因组上
定量 计算每个基因的表达量
差异表达分析 比较不同样本的基因表达量
可视化 将分析结果以图表形式展示
flowchart TD
    A[数据获取] --> B[数据预处理]
    B --> C[比对]
    C --> D[定量]
    D --> E[差异表达分析]
    E --> F[可视化]

步骤详解

1. 数据获取

确保你手上有FASTQ格式的原始测序数据。数据可以来自公共数据库(如NCBI)或实验室。

2. 数据预处理

利用fastp工具对原始数据进行清洗,可以执行以下命令:

fastp -i input_R1.fastq -I input_R2.fastq -o cleaned_R1.fastq -O cleaned_R2.fastq
  • -i:输入的第一组原始读取文件
  • -I:输入的第二组原始读取文件
  • -o:输出清洗后的第一组读取文件
  • -O:输出清洗后的第二组读取文件

3. 比对

使用HISAT2工具将清洗后的读段比对到参考基因组,命令如下:

hisat2 -x reference_genome -1 cleaned_R1.fastq -2 cleaned_R2.fastq -S aligned.sam
  • -x:参考基因组的索引文件
  • -1:清洗后的第一组读取文件
  • -2:清洗后的第二组读取文件
  • -S:输出比对结果文件

4. 定量

使用featureCounts工具计算基因表达量:

featureCounts -a annotation.gtf -o gene_counts.txt aligned.sam
  • -a:基因注释文件
  • -o:输出基因表达量的文件

5. 差异表达分析

使用DESeq2 R包进行差异表达分析,首先,你需要将表达量数据导入R环境并安装DESeq2

# 安装DESeq2包(如果尚未安装)
install.packages("DESeq2")

library(DESeq2) # 导入DESeq2包
countData <- read.table("gene_counts.txt", header=TRUE, row.names=1)
dds <- DESeqDataSetFromMatrix(countData, colData, design=~condition)
dds <- DESeq(dds)
res <- results(dds)

6. 可视化

在Python中使用matplotlibseaborn进行可视化:

import pandas as pd
import seaborn as sns
import matplotlib.pyplot as plt

# 读取差异表达结果
df = pd.read_csv('results.csv')

# 绘制火山图
plt.figure(figsize=(8,6))
sns.scatterplot(data=df, x='log2FoldChange', y='-log10(pvalue)', hue='significant')
plt.title('Volcano Plot of Differential Expression')
plt.show()
  • sns.scatterplot:绘制散点图
  • -log10(pvalue):转换p值以便于可视化
erDiagram
    FASTQ {
        string id
        string sequence
    }
    SAM {
        string id
        string reference
    }
    gene_counts {
        string gene_id
        int count
    }
    results {
        string gene_id
        float log2FoldChange
        float pvalue
    }
    FASTQ ||--|| SAM : "转换为"
    SAM ||--|{ gene_counts : "计算"
    gene_counts ||--|| results : "生成差异表达"

结尾

本文为您展示了转录组学分析的基本流程以及相应的Python代码示例。通过这些步骤,您可以开始自己的转录组学分析之旅。请注意,实际操作中会遇到诸多具体问题,请积极查阅相关文献和在线资源,友好的社区也能提供不少帮助。祝您分析顺利!

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