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教你如何做基因共表达网络分析 已有7人参与
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分子生物网络展现了分子之间的相互作用，可较为深入地反映基因间的表达调控关系，在组学机理的研究中尤为重要。 共表达网络分析简单介绍 基因共表达网络分析（Gene Co-expression Network Analysis）作为分子生物网络类型之一，是基于基因间表达数据的相似性而构建的网络图，图中的节点代表基因，具有表相似达谱基因被连接起来形成网络。共表达网络的建设从概念上来讲是简单直观的，通过基因表达的相似性可分析基因产物可能的相互作用关系，从而了解基因间相互作用脉络及寻找核心基因。核心基因是重要的枢纽，在网络模块中器关键性作用。 图1 共表达网络示意图 案例分析 下面以文献为例，来看看如何用共表达网络分析找出关键的节点基因。 Genes related to the very early stage of ConA-induced fulminant hepatitis: a gene-chip-based study in a mouse model 相关基因：ACSL1、MPDZ 相关疾病： Liver Failure 样本：GSE17184 PMID: 20398290 IF：3.867 这篇文章主要研究爆发性肝炎在早期阶段的病理机制，作者在寻找病变过程中起主导作用的基因群及关键基因时，采用ConA 诱导的小鼠肝炎模型，选取了0h,1h，3h，6h四个时间点做表达谱分析，用ANOVA筛选得到了1473个差异表达基因（p<0.05，FDR<0.05）。（差异结果解读见往期推送）为进一步筛选出显著变化的基因群，作者将差异基因进行趋势分析，从中得到了10个显著变化的趋势模型（p<0.05）（趋势分析见往期推送），并将最显著变化的NO.9和NO.16趋势模型中的基因进行共表达网络分析，来判断哪些基因在爆发性肝炎早期阶段起主导作用。在以k-core值分的子网络中（k-core值越大表明子网络越处于核心的地位），作者筛选得到了k-core值最高为11的子网络中的26个核心基因，这些核心基因主要参与蛋白转运、转录调节、细胞代谢等方面。筛选出的核心基因为爆发性肝癌的早期诊断提供了分子依据。 图2 共表达网络图 图3 部分核心基因属性列表 共表达网络分析结果解读 如何从共表达网络图中挑选出关键基因？如何看各个参数呢？ 在得到的共表达网络图中，可根据基因的网络特征值，即网络中各基因的位置函数计算出该基因在网络中的关系强度。特征值最高的基因处于网络的枢纽地位，起关键性的作用。 图3 共表达网络图 如上图中共表达网络图，圆圈代表基因，直线代表基因存在的调控关系。其中圆圈的大小代表degree值，即网络中某一基因与周围基因的关系数量，degree越大，代表与它有相互作用关系的基因越多。圆圈的颜色就是按照k-core进行划分的聚类结果。k-core表示在一个子图中，所有的点至少连接着k个点，其用以评估基因在网络位置的中心程度，值越大表示degree越大且越中心。相同大小的k-core体现的是基因之间的相似性及功能相关性。图中k-core最高为11的灰色基因就是处于核心地位的基因群。图中每个基因与相邻基因的密度用聚类系数（clustering coefficient）来表示。聚类系数值越大，表明这个基因邻近基因间的调控关系很复杂，处于的区域对于网络具有更重要的价值。 共表达网络表 基因属性列表 在基因属性类表中，主要看degree值大小和ishub。degree越大，代表与它有相互作用关系的基因越多。Ishub判断是否是核心基因。 图4 基因属性列表 基因关系列表 基因关系列表列举了每两个基因的相关关系，主要看相关系数和相关关系。 相关系数（correlation coefficient）代表两个基因间表达谱的相似程度，值越高表明相似性越高。 相关关系（relationship）表明两个基因表达是正相关还是负相关。 图5 基因关系列表 总结一下，首先用相关系数来判断基因表达之间的相关性，设定阈值筛选一定的基因做网络分析。在网络结果图中，可用一些特征值来衡量基因或基因群是否处于核心地位，如degree值，k-core值等。 基因间相似性的度量方法有哪些？ 如何确定阈值？ 如何确定基因模块？ 做网络分析的时候需要注意什么？ 共表达网络分析步骤 在共表达网络分析中，可用R软件包进行WGCNA（权重共表达网络分析），生成节点和边的纯文本文件，将边的纯文本文件导入到Cytoscape软件中（网络可视化工具）即可得到相互作用网络。 看到R软件包，不自觉向后退三步。有没有简单的方法呢？ GCBI平台，算法直接加载好了模块，即点即用。后台分析方法像啥无标度网络(Scale Free Network)检验，动态分支截断(Dynamic Branch Cut)方法以及基于二元查找方法的基因关系展示等等你都可以不用理会。 用上述文献中的样本数据GSE17184实例操作一下。 1、 进入GCBI网站的在线实验室 https://www.gcbi.com.cn（注册即可免费使用） 2、 建立趋势分析方案（方案建立步骤详见往期） 建立了如下共表达网络分析方案。 图6 分析方案 3、 在GCBI样本库中直接搜索GSE17184或直接搜文献也可获得数据链接，将数据发送至实验室以供后续分析。 图7 样本搜索 根据样本信息在每个时间点选择对应的实验样本。 图8 样本选择 4、 设置各模块参数 差异分析 P值<0.05 Q值<0.05(因多分组，不考虑fold change) 趋势分析 p值<0.05 显著性趋势功能分析（STC-GO）生物过程 p值<0.01，FDR<0.01 在网络分析中选择基因共表达分析 图9 共表达分析选择 5、 运行方案 14分钟即分析完成，结果如下： 图10 结果展示 检测工具 Affymetrix GeneChips Mouse 430 2.0 Arrays（文章使用） Clariom™ D assays, mouse（曾用名GeneChip® Mouse Transcriptome Assay 1.0）*（推荐） 拓展知识： 三点搞定GEO数据上传 差异基因结果解读 GO和pathway分析及结果解读 手把手教你用GSEA做富集图 如何用path-net挑选核心pathway 趋势分析及结果解读 拓展知识链接戳原文 http://college.gcbi.com.cn/blog/879.jhtml  图1 共表达网络示例.png  图2 共表达网络.png  图3 部分核心基因属性列表.png  图4 基因属性列表.png  图5 基因关系列表.png  图6 分析方案.png  图7 样本搜索.png  图8 样本选择.png  图9 共表达选项框.png  图10 结果展示.png |
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7楼2017-01-14 17:27:40
金喜军
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