共线性图

作者

[编辑] 郑虎;

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共线性图（Collinearity Plot）常用于比较不同物种的基因组序列，识别保守的同源基因区块及其排列顺序，揭示进化过程中染色体结构的变化。该图广泛应用于研究基因组进化、功能基因定位及物种亲缘关系分析等。

示例

该图为三元基因组的共线性图，其中 Amborella、Grape、Liriodendron 表示三个不同的物种，长条代表基因组，数字为染色体编号，连线表示不同的物种基因组之间的比较。高亮的连线表示感兴趣的基因组区域的比较。

环境配置

系统: 跨平台（Linux/MacOS/Windows）
编程语言: R
依赖包: RIdeogram

# 安装包
if (!requireNamespace("RIdeogram", quietly = TRUE)) {
  install.packages("RIdeogram")
}

# 加载包
library(RIdeogram)

数据准备

我们导入 RIdeogram 包中提供的示例数据，karyotype_ternary_comparison 中包含了不同的物种以及基因组信息，synteny_ternary_comparison 中包含了不同物种之间基因组的比较信息。

data(karyotype_ternary_comparison, package="RIdeogram")
data(synteny_ternary_comparison, package="RIdeogram")

# 查看 karyotype_ternary_comparison 数据格式
head(karyotype_ternary_comparison)

  Chr Start      End   fill   species size  color
1  NA     1 15980527 fcb06b Amborella   10 fcb06b
2  NA     1 11522362 fcb06b Amborella   10 fcb06b
3  NA     1 11085951 fcb06b Amborella   10 fcb06b
4  NA     1 10537363 fcb06b Amborella   10 fcb06b
5  NA     1  9585472 fcb06b Amborella   10 fcb06b
6  NA     1  9414115 fcb06b Amborella   10 fcb06b

# 查看 synteny_ternary_comparison 数据格式
head(synteny_ternary_comparison)

  Species_1 Start_2   End_2 Species_2  Start_1    End_1   fill type
1         1 4761181 2609697         1   342802   981451 cccccc    1
2         6 6344197 8074393         1 15387184 16716190 cccccc    1
3        10 6457890 9052487         1 11224953 14959548 cccccc    1
4        13 6318795 1295413         1 20564870 21386271 cccccc    1
5        16 1398101 2884119         1 21108654 22221088 cccccc    1
6        16 1482529 2093625         1 21864494 22364888 cccccc    1

可视化

1. 基础绘图

可以使用 RIdeogram 包中提供的 ideogram 函数绘制共线性图。

# 基础共线性图
ideogram(karyotype = karyotype_ternary_comparison, synteny = synteny_ternary_comparison)
convertSVG("chromosome.svg", device = "png")

提示

关键参数:

karyotype：包含不同物种以及基因组信息的表格，数据结构如 karyotype_ternary_comparison 所示。
overlaid：包含了不同物种之间基因组比较信息的表格，数据结构如 synteny_ternary_comparison 所示。

2. 修改颜色

如果您想对修改绘图的颜色，只需修改 karyotype 和 overlaid 表格中的颜色列。如下所示，我们修改了 karyotype_ternary_comparison 表格中的 color 和 fill 列，以及 synteny_ternary_comparison 中的 fill 列。

# 修改三个物种颜色
change_color1 <- c("fcb06b"="ff0000", "078dd8"="00ff00", "139b08"="0000ff")
karyotype_ternary_comparison$color <- as.character(change_color1[karyotype_ternary_comparison$color])
karyotype_ternary_comparison$fill <- as.character(change_color1[karyotype_ternary_comparison$fill])

# 修改连线颜色
change_color2 <- c("cccccc"="add8e6", "e41a1c"="8b0000")
synteny_ternary_comparison$fill <- as.character(change_color2[synteny_ternary_comparison$fill])

# 绘图
ideogram(karyotype = karyotype_ternary_comparison, synteny = synteny_ternary_comparison)

应用

该图展示了 R2R3-MYB 基因在 B. napus 和 3 个祖先植物物种中的同源关系。图中显示了 Arabidopsis (A. thaliana)、Brassica rapa (B. rapa)、Brassica oleracea (B. oleracea)、Brassica napus (B. napus) 之间的共线性。[1]

参考资料

[1] Luo D, Mei D, Wei W, Liu J. Identification and Phylogenetic Analysis of the R2R3-MYB Subfamily in Brassica napus. Plants (Basel). 2023;12(4):886. Published 2023 Feb 16. doi:10.3390/plants12040886