相关热图与网络:完整技术报告

主要发现:全局 Tier1 网络有 99 条边,涉及 48 个基因和 43 个代谢物;连接最多的代谢物是 O-beta-D-Xylosylzeatin(12 个基因)。

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1 分析目的

把通过阈值的基因-代谢物配对以热图、网络和弦图展示,找出连接多的核心基因和代谢物(网络枢纽),并在样本层面查看它们的表达模式。

2 分析原理

相关热图:行为基因、列为代谢物,颜色是真实的 30 样本 Pearson r(不是只画显著值)。** 表示 Tier1,* 表示 Tier2,无标记表示未通过阈值,深灰表示未检验。

相关网络:节点为基因和代谢物,边为通过阈值的配对;节点度(degree)= 与该节点相连的边数,度高的节点可能是协调多个分子的枢纽。布局用 Fruchterman–Reingold 力导向算法,位置本身没有坐标含义。

弦图:取 |r| 最大的 60 对,用环形连线展示基因与代谢物的对应关系。联合表达热图:该比较 6 个样本中入选基因和代谢物的行 z-score。

选取规则:先选 Tier1,再按 max|r| × (连接数)1/4 排序,热图最多各 50 个基因和代谢物,网络最多 300 条边;全部节点和边写在数据表中。

3 输入数据及预处理

全局:全局 Tier1 配对(30 样本)。逐比较:该比较差异基因 × 差异代谢物中通过阈值的配对(相关值沿用 30 样本计算结果)。

4 软件、算法及参数

软件 / 函数版本用途与关键参数
pheatmap1.0.13热图
igraph / ggraph2.3.4 / 2.2.2网络构建与 FR 布局
circlize0.4.18弦图

5 统计指标解释

下表列出本页出现的全部统计指标和缩写(由页面内容自动生成)。全部术语见术语表。

术语中文名英文名定义与读法
log2FC以 2 为底的倍数变化对数log2 fold change两组均值之比取 log2。本报告统一为 log2(后一组/前一组),比较名 A_vs_B 中 B 为后一组;log2FC=1 表示后一组是前一组的 2 倍,-1 表示一半。基因的 log2FC 来自服务商 DESeq2 结果;代谢物为两组原始强度均值之比。两组都未检出时没有 log2FC(记为 NA,不是 0)。
FDR错误发现率false discovery rate多重检验校正指标,表示在所有判为显著的结果中,预期假阳性所占比例。本报告全部用 Benjamini–Hochberg 方法计算,检验范围在各分析中分别说明(如“该比较的全部配对”“全部可评估通路”)。
NA缺失值not available没有数值。未检出、未检验或不可计算时记为 NA,不当作 0。
z-score标准分数z-score(x − 均值)/标准差,把不同量纲的数据转换为“偏离均值多少个标准差”。z=1 表示高于均值 1 个标准差。
r相关系数correlation coefficient本报告中未特别说明时指 Pearson 积矩相关系数,范围 −1 到 1;正值表示同涨同落,负值表示此消彼长,绝对值越大线性关系越强。
Pearson皮尔逊相关Pearson correlationr = Σ(x−x̄)(y−ȳ) / √[Σ(x−x̄)²·Σ(y−ȳ)²],衡量线性关系。显著性用 t = r·√[df/(1−r²)] 服从自由度 df 的 t 分布检验。
r_all全样本相关correlation across all samples30 个样本上的 Pearson r(代谢物未检出的样本不参与),包含组间差异和组内个体差异两部分。
r_within组内相关within-group correlation每个分子先减去所在组(10 组)的组均值,再对残差求 Pearson r。它只反映组内个体之间的共变,等价于以分组为协变量的偏相关。自由度 = 样本数 − 组数 − 1。
fdr_all全样本相关的 FDRFDR of r_allr_all 的 BH 校正 P;全局分析在全部已检验配对内校正,逐比较在该比较的差异基因 × 差异代谢物配对内校正。
fdr_within组内相关(或组内耦合)的 FDRFDR of within-group correlation组内相关 P 值的 BH 校正值;通路活性页为组内置换 P 在全部可评估通路内的 BH 校正值。
Tier1一级证据配对Tier 1 pair|r_all|≥0.8 且 FDR<0.05,同时组内相关 FDR<0.05 且与 r_all 同号。说明两者的关联在扣除组间差异后仍存在。
Tier2二级证据配对Tier 2 pair只满足 |r_all|≥0.8 且 FDR<0.05,组内相关不显著或方向不同,关联可能主要来自组间差异。
KOKEGG 直系同源编号KEGG OrthologyK 开头的编号,把不同物种的同功能基因归为一类,用于把基因映射到通路。

6 图表与结果展示

全局结果

全局相关热图(30 样本)PDF绘图矩阵绘图数据
全局相关热图(30 样本)
目的
查看入选基因与代谢物之间的完整相关结构。
坐标轴
行为基因,列为代谢物,按相似性聚类。
颜色
颜色为真实 Pearson r,色标固定 −1 到 1,以 0 为中心;深灰=未检验。
点的形状与大小
无。
图例
右侧为色标。
显著性标记
**=Tier1,*=Tier2。
数据筛选
全局 Tier1 优先,再按 |r| 和连接数选取,最多各 50 个。
样本与缺失值
代谢物未检出值不参与计算(记为 NA)。
如何阅读
颜色块状分布表示一组基因与一组代谢物同时相关;只有带星号的格子通过了阈值。
全局 Tier1 网络(99 对)PDF全部边全部节点绘图数据
全局 Tier1 网络(99 对)
目的
展示组内也成立的全部全局配对。
坐标轴
无坐标轴,力导向布局。
颜色
边红=正相关、蓝=负相关;节点蓝=基因、橙=代谢物。
点的形状与大小
圆形=基因,方形=代谢物;大小为度。
图例
右侧。
显著性标记
只画 Tier1。
数据筛选
全部全局 Tier1 配对。
样本与缺失值
代谢物未检出值不参与计算(记为 NA)。
如何阅读
Tier1 扣除了组间差异,是相关证据中最强的一类;小而分散的连通块提示局部的基因-代谢物对应关系。
全局 Tier1 配对共 99 行下载全表

表注:met_name、class1 代谢物名称和类别;ko、tf 为基因的 KO 和转录因子家族;r_all、fdr_all 为 30 样本相关和 FDR;r_within、fdr_within 为组内相关和 FDR;n_detected 为该代谢物检出样本数。

genemet_nameclass1kotfr_allfdr_allr_withinfdr_withinn_detected
MSTRG.41858.3Miotoxin ALipid-0.99373.89e-11-0.98650.0180316
Ac_DH066619_chr7_03967protogenkwanin 4'-O-(6-O-acetyl)-beta-D-glucosideKetones, Aldehydes,estersK105730.97311.24e-140.90750.017230
MSTRG.6027.1Miotoxin ALipid-0.96665.05e-07-0.98120.0298516
Ac_DH066619_chr7_03021protogenkwanin 4'-O-(6-O-acetyl)-beta-D-glucosideKetones, Aldehydes,esters0.96412.17e-130.86260.0488430
MSTRG.40803.10protogenkwanin 4'-O-(6-O-acetyl)-beta-D-glucosideKetones, Aldehydes,esters0.95811.05e-120.88470.0298530
MSTRG.67323.7Miotoxin ALipid-0.95632.28e-06-0.98650.0180316
Ac_DH066619_chr7_02810protogenkwanin 4'-O-(6-O-acetyl)-beta-D-glucosideKetones, Aldehydes,esters0.9533.46e-120.95940.00020830
Ac_DH066619_chr7_03675protogenkwanin 4'-O-(6-O-acetyl)-beta-D-glucosideKetones, Aldehydes,esters0.94044.48e-110.94630.00093230
Ac_DH066619_chr4_00337Methyl Propyl DisulfideOthers-0.93251.73e-10-0.91830.0102230
Ac_DH066619_chr6_03591Kuromanin (Chloride)Flavonoids0.92644.42e-100.87150.0407530
Ac_DH066619_chr4_030396-[2-(3,4-Dihydroxyphenyl)ethenyl]-4-hydroxy-2H-pyran-2-on…Ketones, Aldehydes,estersbHLH-0.92555.09e-10-0.87180.0407530
Ac_DH066619_chr5_005633-Thiomorpholinecarboxylic acid, 5-methyl-, 1-oxideAmino acids-0.91532.09e-09-0.87330.0391230
Ac_DH066619_chr4_03039(2S,E)-1-[5-Amino-1-(1,2,3,4-tetrahydro-5-hydroxymethyl-2,…NucleotidesbHLH-0.91512.15e-09-0.8950.0228430
Ac_DH066619_chr6_00094Scopolamine Hbr TrihydrateAlkaloids-0.91113.57e-09-0.9480.00093230
Ac_DH066619_chr7_02819Methyl Propyl DisulfideOthers-0.90775.38e-09-0.89450.0228430
Ac_DH066619_chr1_06011ethylidene-aloeninPolyphenols-0.90487.58e-09-0.88070.0348930
Ac_DH066619_chr2_00866ScopolamineAlkaloids-0.90269.72e-09-0.9060.017230
Ac_DH066619_chr5_05136Safflower YellowFlavonoidsLOB0.89611.71e-050.97550.02720
Ac_DH066619_chr3_05318BenfotiamineAlkaloids-0.89292.76e-08-0.86340.0488430
Ac_DH066619_chr2_00866(2S,E)-1-[5-Amino-1-(1,2,3,4-tetrahydro-5-hydroxymethyl-2,…Nucleotides-0.89153.18e-08-0.8620.0494130
Ac_DH066619_chr4_030393,3',4',5,7,8-Hexahydroxyflavone; 3-O-[α-L-Rhamnopyranosyl…FlavonoidsbHLH-0.88993.74e-08-0.89140.0254130
Ac_DH066619_chr1_03965(2R)-2,5-dimethyldodecanoic acidLipid0.8894.07e-080.90190.0180330
Ac_DH066619_chr4_03039ScopolamineAlkaloidsbHLH-0.88774.63e-08-0.88920.0272730
Ac_DH066619_chr5_03686MearnsitrinFlavonoids-0.88714.93e-08-0.86930.0432430
Ac_DH066619_chr5_03686Isorhamnetin-3-O-GlucosideFlavonoids-0.88486.15e-08-0.89510.0228430
Ac_DH066619_chr4_03039Palustroside+CoumarinsbHLH-0.88217.93e-08-0.89490.0228430
Ac_DH066619_chr3_00736Potassium alginateOthersK07766-0.8828e-08-0.89120.0255230
Ac_DH066619_chr7_027684-Hydroxyphenylacetic AcidPolyphenols-0.88019.46e-08-0.87910.0349730
Ac_DH066619_chr1_039652-HEXADECENE-1,15-DIOL, 3-(HYDROXYMETHYL)-7,11,15-TRIMETHY…Terpenoids0.8791.05e-070.89270.0242730
Ac_DH066619_chr7_02819Scopolamine Hbr TrihydrateAlkaloids-0.87821.12e-07-0.93440.00255530
Ac_DH066619_chr4_00337Potassium alginateOthers-0.87651.3e-07-0.89870.0200730
Ac_DH066619_chr5_03686L-Tyrosine,3-hydroxy-L-tyrosyl-L-asparaginyl-, cyclic (13&…Amino acids-0.87521.46e-07-0.86850.0437230
Ac_DH066619_chr7_02819Potassium alginateOthers-0.87381.66e-07-0.87060.041430
Ac_DH066619_chr7_03680protogenkwanin 4'-O-(6-O-acetyl)-beta-D-glucosideKetones, Aldehydes,esters0.87371.67e-070.88470.0298530
Ac_DH066619_chr3_00736Methyl Propyl DisulfideOthersK07766-0.87351.7e-07-0.86680.0452430
Ac_DH066619_chr8_00121Miotoxin ALipidK13464-0.87280.000607-0.98650.0180316
Ac_DH066619_chr7_02768OsmundacetonePhenylpropanoids-0.87122.07e-07-0.88350.0308730
Ac_DH066619_chr5_03686Acylsucroses; 6-O-(4-Hydroxy-3-methoxybenzoyl)Polyphenols-0.87072.14e-07-0.86910.0433430
Ac_DH066619_chr7_02819Prim-O-GlucosylcimifuginSugars-0.87072.15e-07-0.89940.0200230
Ac_DH066619_chr6_00764Scopolamine Hbr TrihydrateAlkaloids-0.86852.59e-07-0.91440.0109430
Ac_DH066619_chr2_008663,3',4',5,7,8-Hexahydroxyflavone; 3-O-[α-L-Rhamnopyranosyl…Flavonoids-0.86832.62e-07-0.87290.0391230
Ac_DH066619_chr7_02818O-beta-D-XylosylzeatinOthers-0.86832.63e-07-0.86910.0433430
Ac_DH066619_chr4_03039Scopolamine HbrAlkaloidsbHLH-0.86772.76e-07-0.88570.0295730
Ac_DH066619_chr4_03039Hyoscine HydrochlorideAlkaloidsbHLH-0.86712.89e-07-0.87850.0350730
Ac_DH066619_chr8_02108ArbutinPolyphenolsK00799-0.86672.98e-07-0.86850.0437230
Ac_DH066619_chr4_00720ethylidene-aloeninPolyphenols0.86623.13e-070.87040.0415630
Ac_DH066619_chr7_02818ethylidene-aloeninPolyphenols-0.8663.16e-07-0.86790.0438830
Ac_DH066619_chr6_00764O-beta-D-XylosylzeatinOthers-0.86593.2e-07-0.87640.0365730
Ac_DH066619_chr1_039652-(Menthoxy)ethanolTerpenoids0.86443.6e-070.88060.0348930
Ac_DH066619_chr7_027683-(2-Carboxyvinyl)-5-(4-hydroxyphenyl)-4-oxo-4H-pyran-2-ca…Ketones, Aldehydes,esters-0.86373.8e-07-0.86210.0492830
Ac_DH066619_chr6_02781Methyl Propyl DisulfideOthersK13508-0.86114.66e-07-0.86230.0491630
Ac_DH066619_chr6_04189Methyl Propyl DisulfideOthers-0.86074.82e-07-0.86850.0437230
Ac_DH066619_chr3_03799(2R)-2,5-dimethyldodecanoic acidLipidK15015-0.85985.16e-07-0.86660.0453230
MSTRG.11269.2O-beta-D-XylosylzeatinOthers-0.85915.43e-07-0.86380.0486530
Ac_DH066619_chr7_02819O-beta-D-XylosylzeatinOthers-0.85835.77e-07-0.88680.0282730
Ac_DH066619_chr7_028184H-1-Benzopyran-4-one,3-[[6-O-(6-deoxy-a-L-mannopyranosyl)…Flavonoids-0.85786.01e-07-0.87040.0415630
Ac_DH066619_chr2_04998ethylidene-aloeninPolyphenols-0.85517.34e-07-0.86850.0437230
Ac_DH066619_chr2_00884Scopolamine Hbr TrihydrateAlkaloids-0.85497.41e-07-0.89240.0242730
Ac_DH066619_chr3_00736O-beta-D-XylosylzeatinOthersK07766-0.85388.07e-07-0.88810.0276430
Ac_DH066619_chr1_03965Juniperic acidOrganic Acid0.85348.29e-070.89890.0200330
Ac_DH066619_chr1_0396514-Hydroxytetradecanoic acidLipid0.84991.07e-060.88980.027130
Ac_DH066619_chr7_02818Scopolamine Hbr TrihydrateAlkaloids-0.84621.38e-06-0.88760.0282730
Ac_DH066619_chr4_02817Dl-TryptophanAmino acids0.84521.47e-060.86260.0488430
Ac_DH066619_chr7_02768(2S,E)-1-[5-Amino-1-(1,2,3,4-tetrahydro-5-hydroxymethyl-2,…Nucleotides-0.8451.49e-06-0.88970.027130
Ac_DH066619_chr4_00337O-beta-D-XylosylzeatinOthers-0.84471.53e-06-0.8770.0362230
Ac_DH066619_chr5_04987protogenkwanin 4'-O-(6-O-acetyl)-beta-D-glucosideKetones, Aldehydes,estersTrihelix-0.8431.71e-06-0.87460.0382630
Ac_DH066619_chr1_0396510, 18-Dihydroxyoctadecanoic acidLipid0.84281.73e-060.89960.0200230
Ac_DH066619_chr5_036863,3',4',5,7-Pentahydroxyflavanone; (2R,3R)-form, 3-O-(4-O-…Flavonoids-0.84141.9e-06-0.86840.0437330
Ac_DH066619_chr6_02781Potassium alginateOthersK13508-0.84081.97e-06-0.88230.0326530
Ac_DH066619_chr6_007644H-1-Benzopyran-4-one,3-[[6-O-(6-deoxy-a-L-mannopyranosyl)…Flavonoids-0.84052.01e-06-0.88480.0298530
Ac_DH066619_chr7_02768(20R)-Ginsenoside Rh1Terpenoids-0.83932.18e-06-0.86530.0462730
Ac_DH066619_chr6_01226Methyl Propyl DisulfideOthers-0.8382.36e-06-0.87990.0348930
Ac_DH066619_chr5_03628O-beta-D-XylosylzeatinOthersMYB-related-0.83772.41e-06-0.87850.0350730
Ac_DH066619_chr8_00142VasicineAlkaloidsK13464-0.83642.62e-06-0.86650.0453230
Ac_DH066619_chr6_02781O-beta-D-XylosylzeatinOthersK13508-0.82914.13e-06-0.89760.0208130
Ac_DH066619_chr4_03039N-[2,5-Dihydro-3-(hydroxymethyl)-2-furanyl]-4-hydroxygluta…OthersbHLH-0.82724.64e-06-0.90190.0180330
Ac_DH066619_chr4_00337Prim-O-GlucosylcimifuginSugars-0.82694.71e-06-0.90560.017230
Ac_DH066619_chr3_037992-HEXADECENE-1,15-DIOL, 3-(HYDROXYMETHYL)-7,11,15-TRIMETHY…TerpenoidsK15015-0.82535.16e-06-0.88260.0321730
Ac_DH066619_chr4_00720N-[2,5-Dihydro-3-(hydroxymethyl)-2-furanyl]-4-hydroxygluta…Others0.82495.29e-060.86180.0495630
Ac_DH066619_chr3_0379910, 18-Dihydroxyoctadecanoic acidLipidK15015-0.82425.54e-06-0.86420.0479830
Ac_DH066619_chr6_00907Scopolamine HbrAlkaloids-0.8226.27e-06-0.88670.0282730
Ac_DH066619_chr6_00907ScopolamineAlkaloids-0.82196.32e-06-0.8640.0482830
Ac_DH066619_chr7_027683,3',4',5,7,8-Hexahydroxyflavone; 3-O-[α-L-Rhamnopyranosyl…Flavonoids-0.82136.53e-06-0.88410.0303930
Ac_DH066619_chr2_04998O-beta-D-XylosylzeatinOthers-0.82126.58e-06-0.86990.0423530
Ac_DH066619_chr7_03876O-beta-D-XylosylzeatinOthersK22139-0.81598.82e-06-0.87720.0361630
Ac_DH066619_chr2_05147O-beta-D-XylosylzeatinOthers-0.81568.99e-06-0.86190.0494330
Ac_DH066619_chr3_03799Juniperic acidOrganic AcidK15015-0.81529.18e-06-0.87290.0391230
Ac_DH066619_chr7_02768Palustroside+Coumarins-0.81499.32e-06-0.89450.0228430
Ac_DH066619_chr6_000944H-1-Benzopyran-4-one,3-[[6-O-(6-deoxy-a-L-mannopyranosyl)…Flavonoids-0.81061.17e-05-0.86260.0488430
Ac_DH066619_chr5_04822PicropodophyllolLignansK02266-0.80921.26e-05-0.86560.0455630
Ac_DH066619_chr4_006295'-Inosinic acid,5'-thio- (9CI)NucleotidesK09285-0.8091.28e-05-0.86770.0438830
Ac_DH066619_chr5_03628Prim-O-GlucosylcimifuginSugarsMYB-related-0.80791.35e-05-0.89450.0228430
Ac_DH066619_chr6_04189O-beta-D-XylosylzeatinOthers-0.8071.42e-05-0.8850.0298530
Ac_DH066619_chr8_026954-({[4-({[(2S)-5-amino-3,4-dihydro-2H-pyrrol-2-yl]carbonyl…Others0.80651.46e-050.90520.017230
Ac_DH066619_chr1_025562-HEXADECENE-1,15-DIOL, 3-(HYDROXYMETHYL)-7,11,15-TRIMETHY…TerpenoidsAP2/ERF-ERF0.80631.47e-050.86290.0488430
Ac_DH066619_chr2_04534Miotoxin ALipid-0.80480.004503-0.98650.0180316
Ac_DH066619_chr3_00073Pyridoxine 5'-β-D-GlucosideSugars0.80471.6e-050.86230.0491630
Ac_DH066619_chr7_03876Prim-O-GlucosylcimifuginSugarsK22139-0.80381.67e-05-0.87530.0374630
Ac_DH066619_chr6_02781Prim-O-GlucosylcimifuginSugarsK13508-0.80311.73e-05-0.86240.0491630

各比较结果

左侧选择比较。比较名 A_vs_B 中 log2FC = log2(B/A)。

7 结果描述

全局 Tier1 网络。99 条边中正相关占 20.2%。连接最多的基因有 8 个代谢物伙伴(Ac_DH066619_chr4_03039);连接最多的代谢物为 O-beta-D-Xylosylzeatin(12 个基因)和 protogenkwanin 4'-O-(6-O-acetyl)-beta-D-glucoside(7 个)。Tier1 代谢物中最多的类别是 Flavonoids(7 个)。Tier1 基因中有 KO 注释的占 20.8%,注释为转录因子的有 5 个。

逐比较。各比较的热图、网络、弦图和联合表达热图在下方选择;5 个比较没有通过阈值的配对,显示为空图。

8 生物学意义

数据支持的观察

Tier1 网络是由若干小的连通块组成的稀疏网络,而不是一个以少数枢纽为中心的大网络;这与“扣除组间差异后只剩局部、具体的关联”相符。

需要进一步验证的假设

连接多个基因的代谢物(如上述节点)可能处在受多基因调控的代谢节点上,或者其含量对个体状态敏感;与之相连的有 KO 注释的基因是优先验证对象。这些仍是统计关联,需要生化证据。

9 局限性

网络图只画排名靠前的边,图上的度与全表中的度可能不同(以数据表为准)。度高的节点可能只是变化大、与很多分子同时受组间差异驱动,并不一定是调控枢纽。

参考文献

  1. Cavill R, Jennen D, Kleinjans J, Briedé JJ. Transcriptomic and metabolomic data integration. Briefings in Bioinformatics, 2016, 17(5): 891–901.