R语言绘图包03--火山图EnhancedVolcano


R语言绘图包系列:


1. 介绍

火山图(Volcano plot)用于展示基因表达差异的分布,横轴为LogFC(Log2 Fold Change,Fold Chang是处理组平均值/对照组平均值),越偏离中心表示差异倍数越大;纵轴为-Log10(P.Value),值越大差异越显著。一般横轴越偏离中心的点其纵轴值也会比较大,因此呈现火山喷发的形状。(火山图其实就是一种特殊的点图)

2. 安装

if (!requireNamespace('BiocManager', quietly = TRUE))
    install.packages('BiocManager')
BiocManager::install('EnhancedVolcano')
# to install development version:
# devtools::install_github('kevinblighe/EnhancedVolcano')
library(EnhancedVolcano)

3. 绘图

数据准备

library(airway)
library(magrittr)
data('airway')
airway$dex %<>% relevel('untrt')

根据gene symbols添加Ensembl IDs

ens <- rownames(airway)

library(org.Hs.eg.db)
symbols <- mapIds(org.Hs.eg.db, keys = ens,
                  column = c('SYMBOL'), keytype = 'ENSEMBL')
symbols <- symbols[!is.na(symbols)]
symbols <- symbols[match(rownames(airway), names(symbols))]
rownames(airway) <- symbols
keep <- !is.na(rownames(airway))
airway <- airway[keep,]

使用Deseq2进行差异分析

library('DESeq2')

dds <- DESeqDataSet(airway, design = ~ cell + dex)
dds <- DESeq(dds, betaPrior=FALSE)
res <- results(dds,
               contrast = c('dex','trt','untrt'))
res <- lfcShrink(dds,
                 contrast = c('dex','trt','untrt'), res=res, type = 'normal')
3.1 绘制最基本的火山图
EnhancedVolcano(res,
                lab = rownames(res),
                x = 'log2FoldChange',
                y = 'pvalue')

4. 绘图细节调整

4.1 调整log2FC和P值的cutoffs,设置图片标题,调整点和标签的大小
EnhancedVolcano(res,
                  lab = rownames(res),
                  x = 'log2FoldChange',
                  y = 'pvalue',
                  title = 'N061011 versus N61311',
                  pCutoff = 10e-32,
                  FCcutoff = 0.5,
                  pointSize = 3.0,
                  labSize = 6.0)
4.2 调整点的颜色和透明度
EnhancedVolcano(res,
                lab = rownames(res),
                x = 'log2FoldChange',
                y = 'pvalue',
                title = 'N061011 versus N61311',
                pCutoff = 10e-16,
                FCcutoff = 1.5,
                pointSize = 3.0,
                labSize = 6.0,
                col=c('black', 'black', 'black', 'red3'),
                colAlpha = 1)
4.3 调整点的形状
EnhancedVolcano(res,
                lab = rownames(res),
                x = 'log2FoldChange',
                y = 'pvalue',
                title = 'N061011 versus N61311',
                pCutoff = 10e-16,
                FCcutoff = 1.5,
                pointSize = 4.0,
                labSize = 6.0,
                shape = 8,
                colAlpha = 1)
EnhancedVolcano(res,
                lab = rownames(res),
                x = 'log2FoldChange',
                y = 'pvalue',
                title = 'N061011 versus N61311',
                pCutoff = 10e-16,
                FCcutoff = 1.5,
                pointSize = 3.0,
                labSize = 6.0,
                shape = c(1, 4, 23, 25),
                colAlpha = 1)
4.4 调整p值的cutoff
EnhancedVolcano(res,
                lab = rownames(res),
                x = 'log2FoldChange',
                y = 'pvalue',
                xlim = c(-6, 6),
                title = 'N061011 versus N61311',
                subtitle = paste0('p-value cutoff (red line) drawn ',
                                  'at equivalent of adjusted p=0.0001'),
                pCutoff = 0.0001,
                FCcutoff = 1.5,
                pointSize = 3.0,
                labSize = 6.0,
                colAlpha = 1,
                cutoffLineType = 'solid',
                cutoffLineCol = 'red2',
                cutoffLineWidth = 2.5,
                hline = c(10e-20,
                          10e-20 * 10e-30,
                          10e-20 * 10e-60,
                          10e-20 * 10e-90),
                hlineCol = c('black', 'black', 'black', 'black'),
                hlineType = c('longdash', 'longdash', 'dotdash', 'dotdash'),
                hlineWidth = c(0.4, 0.4, 0.8, 0.8),
                gridlines.major = FALSE,
                gridlines.minor = FALSE)
4.5 调整图例位置大小和文字
EnhancedVolcano(res,
                lab = rownames(res),
                x = 'log2FoldChange',
                y = 'pvalue',
                pCutoff = 10e-12,
                FCcutoff = 1.5,
                cutoffLineType = 'twodash',
                cutoffLineWidth = 0.8,
                pointSize = 4.0,
                labSize = 6.0,
                colAlpha = 1,
                legendLabels=c('Not sig.','Log (base 2) FC','p-value',
                               'p-value & Log (base 2) FC'),
                legendPosition = 'right',
                legendLabSize = 16,
                legendIconSize = 5.0)

不显示图例

legendPosition = 'none'
4.6 通过添加connectors来加入更多标签
EnhancedVolcano(res,
                lab = rownames(res),
                x = 'log2FoldChange',
                y = 'pvalue',
                xlab = bquote(~Log[2]~ 'fold change'),
                pCutoff = 10e-32,
                FCcutoff = 2.0,
                pointSize = 4.0,
                labSize = 6.0,
                colAlpha = 1,
                legendPosition = 'right',
                legendLabSize = 12,
                legendIconSize = 4.0,
                drawConnectors = TRUE,
                widthConnectors = 0.75)
4.7 仅对重要变量添加注释
EnhancedVolcano(res,
                lab = rownames(res),
                x = 'log2FoldChange',
                y = 'pvalue',
                selectLab = c('TMEM176B','ADH1A'),
                xlab = bquote(~Log[2]~ 'fold change'),
                pCutoff = 10e-14,
                FCcutoff = 2.0,
                pointSize = 4.0,
                labSize = 6.0,
                shape = c(4, 35, 17, 18),
                colAlpha = 1,
                legendPosition = 'right',
                legendLabSize = 14,
                legendIconSize = 5.0)
4.8 添加盒型注释
EnhancedVolcano(res,
                lab = rownames(res),
                x = 'log2FoldChange',
                y = 'pvalue',
                selectLab = c('VCAM1','KCTD12','ADAM12',
                              'CXCL12','CACNB2','SPARCL1','DUSP1','SAMHD1','MAOA'),
                xlab = bquote(~Log[2]~ 'fold change'),
                pCutoff = 10e-14,
                FCcutoff = 2.0,
                pointSize = 4.0,
                labSize = 6.0,
                labCol = 'black',
                labFace = 'bold',
                boxedLabels = TRUE,
                colAlpha = 4/5,
                legendPosition = 'right',
                legendLabSize = 14,
                legendIconSize = 4.0,
                drawConnectors = TRUE,
                widthConnectors = 1.0,
                colConnectors = 'black')
4.9 添加斜体标签,转置火山图
lab_italics <- paste0("italic('", rownames(res), "')")
selectLab_italics = paste0(
    "italic('",
    c('VCAM1','KCTD12','ADAM12', 'CXCL12','CACNB2','SPARCL1','DUSP1','SAMHD1','MAOA'),
    "')")

EnhancedVolcano(res,
                lab = lab_italics,
                x = 'log2FoldChange',
                y = 'pvalue',
                selectLab = selectLab_italics,
                xlab = bquote(~Log[2]~ 'fold change'),
                pCutoff = 10e-14,
                FCcutoff = 1.0,
                pointSize = 3.0,
                labSize = 6.0,
                labCol = 'black',
                labFace = 'bold',
                boxedLabels = TRUE,
                col = c('black', 'pink', 'purple', 'red3'),
                colAlpha = 4/5,
                legendPosition = 'bottom',
                legendLabSize = 14,
                legendIconSize = 4.0,
                drawConnectors = TRUE,
                widthConnectors = 1.0,
                colConnectors = 'black') + coord_flip()

参考:
http://www.bioconductor.org/packages/release/bioc/vignettes/EnhancedVolcano/inst/doc/EnhancedVolcano.html

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