植物空间转录组分析 3:hdWGCNA

植物空间转录组分析1:Seurat基本流程 - 简书 (jianshu.com)

植物空间转录组分析2:STEEL+Seurat - 简书 (jianshu.com)

植物空间转录组分析 3:hdWGCNA - 简书 (jianshu.com)

前言

时隔半年的更新,这次的主题是单细胞hdWGCNA分析,文章刚刚被接收,目前在植物空间转录组已经有文章使用了该方法,基本的内容就是分module然后去看每个module的hub基因,或者做做GO富集之类的

image.png

R包安装以及数据准备

本次分析还是以兰花的空间转录组为基础,具体的数据参考以前的推文

# install BiocManager
install.packages("BiocManager")

# install Bioconductor core packages
BiocManager::install()

# install additional packages:
install.packages(c("Seurat", "WGCNA", "igraph", "devtools"))

devtools::install_github('smorabit/hdWGCNA', ref='dev')

大家可能会因为网络问题无法下载,我直接将压缩包发给大家


## 数据准备
## 将spot坐标信息加到metadata中
# make a dataframe containing the image coordinates for each sample
image_df <- do.call(rbind, lapply(names(orc1_new@images), function(x){
  orc1_new@images[[x]]@coordinates
}))

# merge the image_df with the Seurat metadata
new_meta <- merge(orc1_new@meta.data, image_df, by='row.names')

# fix the row ordering to match the original seurat object
rownames(new_meta) <- new_meta$Row.names
ix <- match(as.character(colnames(orc1_new)), as.character(rownames(new_meta)))
new_meta <- new_meta[ix,]

# add the new metadata to the seurat object
orc1_new@meta.data <- new_meta

构建metaspots

## Here we set up the data for hdWGCNA and run MetaspotsByGroups. 

subdata <- subset(orc1_new, idents = c(19,21,37,38,39,40))
subdata <- SCTransform(subdata, assay = "Spatial", return.only.var.genes = FALSE, verbose = FALSE)
subdata <- RunPCA(subdata, features = VariableFeatures(subdata)) 

subdata <- SetupForWGCNA(
  subdata,
  features = VariableFeatures(subdata),
  wgcna_name = "SCT"
)


subdata <- MetacellsByGroups(
  seurat_obj = subdata,
  group.by = c("seurat_clusters"),
  k = 5,
  max_shared= 10,
  min_cells = 6,
  reduction = 'pca',
  ident.group = 'seurat_clusters',
  slot = 'scale.data',
  assay = 'SCT'
)
m_obj <- GetMetacellObject(subdata)
m_obj
An object of class Seurat 
14006 features across 180 samples within 1 assay 
Active assay: SCT (14006 features, 0 variable features)

这里需要注意,一般空间分析推荐使用的是 MetaspotsByGroups函数,我尝试了一遍softpower只有1,module只有两个,所以又使用了MetacellsByGroups函数尝试。

共表达网络分析

# set up the expression matrix, set group.by and group_name to NULL to include all spots
subdata  <- SetDatExpr(
  subdata,
  group.by=NULL,
  group_name = NULL
)

# test different soft power thresholds
subdata <- TestSoftPowers(subdata)
plot_list <- PlotSoftPowers(subdata)

wrap_plots(plot_list, ncol=2)

image.png
# construct co-expression network:
subdata <- ConstructNetwork(
  subdata,
  soft_power = 1,
  tom_name='test',
  overwrite_tom=TRUE
)

# plot the dendrogram
PlotDendrogram(subdata, main='Spatial hdWGCNA dendrogram')
image.png

compute module eigengenes

subdata <- ModuleEigengenes(subdata)
subdata <- ModuleConnectivity(subdata)

modules <- GetModules(subdata) %>% subset(module != 'grey')
head(modules[,1:3])

              gene_name    module     color
PAXXG297280 PAXXG297280 turquoise turquoise
PAXXG074500 PAXXG074500      blue      blue
PAXXG239080 PAXXG239080 turquoise turquoise
PAXXG067750 PAXXG067750 turquoise turquoise
PAXXG327430 PAXXG327430 turquoise turquoise
PAXXG311150 PAXXG311150      blue      blue

模块数目比较少也是正常的

Data visualization

tom<-GetTOM(subdata)
##Data visualization
##Here we visualize module eigengenes using the Seurat functions DotPlot and SpatialFeaturePlot. 
##For network visualization, please refer to the Network visualization tutorial.
# get module eigengenes and gene-module assignment tables
MEs <- GetMEs(subdata)
modules <- GetModules(subdata)
mods <- levels(modules$module)

write.table(file="modules.xls",modules,row.names = F,sep="\t")
# plot with Seurat's DotPlot function
p <- DotPlot(subdata, features=mods, group.by = 'seurat_clusters', dot.min=0.1)

# flip the x/y axes, rotate the axis labels, and change color scheme:
p <- p +
  coord_flip() +
  RotatedAxis() +
  scale_color_gradient2(high='red', mid='grey95', low='blue') +
  xlab('') + ylab('')

p



p <- SpatialFeaturePlot(
  subdata,
  features = mods,
  ncol = 4,
  pt.size.factor = 3.5
)

p

image.png

image.png

module network plots

分为两种,一种每个模块的hubgene,一种是全部模块的hubgene

## Individual module network plots
ModuleNetworkPlot(subdata,
                  plot_size = c(10, 10),
                  vertex.label.cex = 0.6
                  )

hub_df <- GetHubGenes(subdata, n_hubs = 25)
write.table(file="hub_df.xls",hub_df,row.names = F,sep="\t")

## hubgene network


HubGeneNetworkPlot(
  subdata,
  n_hubs = 4, n_other=6,
  edge_prop = 0.75,
  mods = 'all',
  hub.vertex.size = 4,
  other.vertex.size = 1,
  edge.alpha = 0.5
)


image.png

总结

目前只是初步上手,其实这个方法主要的目的还是根据表达对基因进行聚类,再加个功能富集可能会更好,后续还有UMAP to co-expression networks流程,但因为我在做的时候效果比较差所以没放。

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