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(单细胞-SingleCell)拟时序分析-细胞轨迹追踪_r语言单细胞拟时序分析

r语言单细胞拟时序分析

在细胞轨迹分析中,仅需要准备三个数据即可

  1. 原始count数据
  2. 样本的meta信息
  3. 基因信息

准备三个数据的主要原因是将seurat对象装换为monocle对象

创建好monocle对象后仅需要走差异基因流程和排序流程就可以进行细胞轨迹追踪

# clear
if(T){
  rm(list=ls())
  setwd("C:\\Users\\yuansh\\Desktop")
  dir()
}

# options
if(T){
  options(stringsAsFactors = F)
  options(as.is = T)
}

# packages
if(T){
  library(stringr)
  library(magrittr)
  library(ggplot2)
  library(Seurat)
  library(devtools)
  library(clustree)
  library(tidyverse)
  library(gridExtra)
  library(ggridges)
  library(ggplot2)
  library(ggExtra)
  library(monocle)
  
}

# myfunctions 
if(T){
  myhead = function(x){
    if(dim(x)[2]>5){return(x[1:5,1:5])}
    else(head(x))
  }
  myscale = function(x, scale_factor){
    (x / sum(x)) *scale_factor
  }
}


# set work-dir
setwd('C:\\Users\\yuansh\\Desktop\\DLTumorCell\\code')

# main 
# 导入数据并预处理
load("../processfile/S03_Merged_main_filtered_with_neo_osi.RData")
sce = main_tiss_filtered1
rm(main_tiss_filtered1)
if(T){
  sce@meta.data$sample_name <- as.character(sce@meta.data$sample_name)
  sample_name <- as.character(sce@meta.data$sample_name)
  # Make table 
  tab.1 <- table(sce@meta.data$sample_name) 
  # Which samples have less than 10 cells 
  samples.keep <- names(which(tab.1 > 10))
  metadata_keep <- filter(sce@meta.data, sample_name %in% samples.keep)
  # Subset Seurat object 
  sce <- subset(sce, cells=as.character(metadata_keep$cell_id))
  sce
  table(sce@meta.data$sample_name)
  table(sce@meta.data$patient_id)
  #save(sce, file=paste(dir,"S03_subset_preprocessed.RData", sep=""))
}# 剔除组织样本中少于10个细胞的组织
sce
# 导入注释信息
pre.label = read.csv("../processfile/train-predict.csv",row.names = 1)

# 这里注意一下,轨迹追中只需要上皮细胞
use.cells  <- row.names(pre.label)
sce <-subset(sce, cells=use.cells)  # 从原始数据中获取非免疫细胞表达矩阵
pre.label = pre.label$PredictLabel %>% as.data.frame() %>% set_rownames(rownames(pre.label))
sce = AddMetaData(sce,metadata = pre.label,col.name = 'prelabel')

# 轨迹追踪准备数据
# 1.原始count数据
count = sce@assays$RNA@counts %>% as.matrix()
# 2.基因信息
gene_ann <- data.frame(
  gene_short_name = row.names(count), 
  row.names = row.names(count)
)
# 3.样本注释信息
sample_ann = data.frame(
  group = sce@meta.data$prelabel,
  row.names = rownames(sce@meta.data)
)
# 初始化配置文件
pd <- new("AnnotatedDataFrame",
          data=sample_ann)
fd <- new("AnnotatedDataFrame",
          data=gene_ann)
# 穿件对象
cds <- newCellDataSet(
  count, 
  phenoData = pd,
  featureData =fd,
  expressionFamily = negbinomial.size(),
  lowerDetectionLimit=1)
cds

# 初始化对象信息
cds <- estimateSizeFactors(cds)
cds <- estimateDispersions(cds)

# 识别差异基因
# 注意这一步需要很长的时间
if(F){
  disp_table <- dispersionTable(cds)
  unsup_clustering_genes <- subset(disp_table, 
                                   mean_expression >= 0.1)
  cds <- setOrderingFilter(cds, unsup_clustering_genes$gene_id)
  dim(cds)
  diff_test_res <- differentialGeneTest(cds,fullModelFormulaStr = "~group")
  # 哪怕仅仅是65个单细胞,monocle的这个differentialGeneTest函数运行也不快。
  ordering_genes <- row.names (subset(diff_test_res, qval < 0.01))
  save(ordering_genes,file = '../processfile/ordering_genes_by_Biological_Condition_high.Rdata')
}
#导入轨迹分析需要的差异基因
# load(file = 'ordering_genes_by_Biological_Condition_high.Rdata')



cds <- setOrderingFilter(cds, ordering_genes)
plot_ordering_genes(cds) 
# 然后降维
cds <- reduceDimension(cds, max_components = 2,
                       method = 'DDRTree')
# 降维是为了更好的展示数据。
# 降维有很多种方法, 不同方法的最后展示的图都不太一样, 其中“DDRTree”是Monocle2使用的默认方法
# 接着对细胞进行排序
cds <- orderCells(cds)
## 最后两个可视化函数 
plot_cell_trajectory(cds, color_by = "prelabel")  
ggsave('../plot/normal-tumor-trace.pdf',width = 8,height = 8)
# 可以很明显看到细胞的发育轨迹 
# 还有几个其它可视化函数,我们明天介绍
plot_cell_trajectory(cds, color_by = "State")
plot_cell_trajectory(cds, color_by = "Pseudotime")
plot_cell_trajectory(cds, color_by = "State") +
  facet_wrap(~State, nrow = 1)
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流程非常非常简单,感觉没什么好说的如果有不懂的可以通过以下的方式联系我

Best Regards,
Yuan.SH
---------------------------------------
School of Basic Medical Sciences,
Fujian Medical University,
Fuzhou, Fujian, China.
please contact with me via the following ways:
(a) e-mail :yuansh3354@163.com
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