【单细胞】ggplot2美化monocle2轨迹展示结果

前面测试过monocle2/3,但是在画图的时候,尤其是用默认软件画图的时候总是觉得不够好看。比如下面这个paper中的数据(https://pubmed.ncbi.nlm.nih.gov/35896115/),monocle默认的函数就实现不了这个效果了。

所以总是想自己去美化,这时候就需要自己提取画图相关的数据了。

我好多学习也是参考下面这个帖子学习的,很多单细胞相关的学习也是向这个优秀群主学习的(KS科研分享与服务):

https://mp.weixin.qq.com/s/NWvz4vGlLeoEZ1zuM0HmIQ

======加载数据=====

还是用我们经常用的pbmc数据,加载以前测试monocle2已经分析好的cds数据。

https://www.jianshu.com/p/380b9071e244


library(monocle)

library(RColorBrewer)

library(ggplot2)

library(Seurat)

library(ggpubr)

library(tidyverse)

library(dplyr)

library(ggsignif)

library(patchwork)

library(tidydr)

library(ggforce)

library(ggrastr)

library(viridis)

load("cds.rda")

plot_cell_trajectory(cds, color_by = "Pseudotime")

plot_cell_trajectory(cds, color_by = "State")

plot_cell_trajectory(cds, color_by = "cell_type")

和前面美化热图一样,要想提取相应的画图数据,还是看下plot_cell_trajectory函数是如何实现的,是如何准备ggplot的输入数据的,定位到monocle2的plotting.R函数,查看plot_cell_trajectory函数里面的内容,其实最后也是通过ggplot画图实现的。


其实这个图分解来看的话,也就2个要素:散点和轨迹边。plot_cell_trajectory将这2个量分别存在了data_df和edge_df中。

所以data_df相当于把相应的cell,orig.ident, component,State, Pseudotime, celltype等放在了一起,然后一起用ggplot画图。

data_df <- t(reducedDimS(cds)) %>%

    as.data.frame() %>%

    select_('Component 1' = 1, 'Component 2' = 2) %>%

    rownames_to_column("Cells") %>%

    mutate(pData(cds)$State,

          pData(cds)$Pseudotime,

          pData(cds)$orig.ident,

          pData(cds)$celltype)

然后改个列名。

colnames(data_df) <- c("cells","Component_1","Component_2","State",

                      "Pseudotime","orig.ident","celltype")

下面获得图上的轨迹线,也是从这个函数中获得。

reduced_dim_coords <- reducedDimK(cds)

ca_space_df <- Matrix::t(reduced_dim_coords) %>%

    as.data.frame() %>%

    select_(prin_graph_dim_1 = 1, prin_graph_dim_2 = 2) %>%

    mutate(sample_name = rownames(.), sample_state = rownames(.))

dp_mst <- minSpanningTree(cds)

edge_df <- dp_mst %>%

    igraph::as_data_frame() %>%

    select_(source = "from", target = "to") %>%

    left_join(ica_space_df %>% select_(source="sample_name", source_prin_graph_dim_1="prin_graph_dim_1", source_prin_graph_dim_2="prin_graph_dim_2"), by = "source") %>%

    left_join(ica_space_df %>% select_(target="sample_name", target_prin_graph_dim_1="prin_graph_dim_1", target_prin_graph_dim_2="prin_graph_dim_2"), by = "target")

ggplot() +

 geom_point_rast(data = data_df, aes(x = Component_1,

                                y = Component_2,

                                color =Pseudotime))

基本散点图的样子已经出来了,群主用的是 geom_point_rast,用geom_point也是可以的。

再做点美化。

ggplot() +

geom_point_rast(data = data_df, aes(x = Component_1,

                                y = Component_2,

                                color =Pseudotime)) +

scale_color_viridis()+

theme_bw()+

theme_dr(arrow = grid::arrow(length = unit(0, "inches")))+#坐标轴主题修改

theme(

  panel.background = element_blank(),

  panel.border = element_blank(),

  panel.grid = element_blank(),

  axis.ticks.length = unit(0.8, "lines"),

  axis.ticks = element_blank(),

  axis.line = element_blank(),

  axis.title = element_text(size=15),

)

下面添加轨迹线。

ggplot() +

geom_point_rast(data = data_df, aes(x = Component_1,

                                y = Component_2,

                                color =Pseudotime)) +

scale_color_viridis()+

theme_bw()+

theme_dr(arrow = grid::arrow(length = unit(0, "inches")))+#坐标轴主题修改

theme(

  panel.background = element_blank(),

  panel.border = element_blank(),

  panel.grid = element_blank(),

  axis.ticks.length = unit(0.8, "lines"),

  axis.ticks = element_blank(),

  axis.line = element_blank(),

  axis.title = element_text(size=15),

) +

geom_segment(aes_string(x="source_prin_graph_dim_1",

                        y="source_prin_graph_dim_2",

                        xend="target_prin_graph_dim_1",

                        yend="target_prin_graph_dim_2"),

            size=0.75, linetype="solid", na.rm=TRUE, data=edge_df)

我们自己添加一个箭头:

ggplot() +

geom_point_rast(data = data_df, aes(x = Component_1,

                                y = Component_2,

                                color =Pseudotime)) +

scale_color_viridis()+

theme_bw()+

theme_dr(arrow = grid::arrow(length = unit(0, "inches")))+

theme(

  panel.background = element_blank(),

  panel.border = element_blank(),

  panel.grid = element_blank(),

  axis.ticks.length = unit(0.8, "lines"),

  axis.ticks = element_blank(),

  axis.line = element_blank(),

  axis.title = element_text(size=15),

) +

geom_segment(aes_string(x="source_prin_graph_dim_1",

                        y="source_prin_graph_dim_2",

                        xend="target_prin_graph_dim_1",

                        yend="target_prin_graph_dim_2"),

            size=0.75, linetype="solid", na.rm=TRUE, data=edge_df)+

geom_arc(arrow = arrow(length = unit(0.15, "inches"), type = "closed",angle=30),

        aes(x0=0.5,y0=-2,r=3, start=-1.5, end=0.5),

        lwd=1.5,color="red")


下面就是学习把饼图添加上去了,可以查看每个state下面不同celltype的比例。

Cellratio <- prop.table(table(data_df$State, data_df$celltype), margin = 2)#计算各组样本不同细胞群比例

Cellratio <- as.data.frame(Cellratio)

colnames(Cellratio) <- c('State',"celltype","Freq")

ggplot() +

geom_point_rast(data = data_df, aes(x = Component_1,

                                y = Component_2,

                                color =Pseudotime)) +

scale_color_viridis()+

theme_bw()+

theme_dr(arrow = grid::arrow(length = unit(0, "inches")))+

theme(

  panel.background = element_blank(),

  panel.border = element_blank(),

  panel.grid = element_blank(),

  axis.ticks.length = unit(0.8, "lines"),

  axis.ticks = element_blank(),

  axis.line = element_blank(),

  axis.title = element_text(size=15),

) +

geom_segment(aes_string(x="source_prin_graph_dim_1",

                        y="source_prin_graph_dim_2",

                        xend="target_prin_graph_dim_1",

                        yend="target_prin_graph_dim_2"),

            size=0.75, linetype="solid", na.rm=TRUE, data=edge_df)+

geom_arc(arrow = arrow(length = unit(0.15, "inches"), type = "closed",angle=30),

        aes(x0=0.5,y0=-2,r=3, start=-1.5, end=0.5),

        lwd=1.5,color="red")+

geom_arc_bar(data=subset(Cellratio,State=='1'),stat = "pie",

            aes(x0=2,y0=3.5,r0=0,r=0.8,amount=Freq,fill=celltype))


其它的箭头和饼图,也可以通过同样的方式添加上去。

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