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matplotlib
和seaborn
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!