基因组作图软件GenomeDiagram

第17章Graphics模块中的基

因组可视化包

—GenomeDiagram

Bio.Graphics模块基于Python的第三方扩展库ReportLab，ReportLab主要生成PDF文件，同时也能生成EPS（Encapsulated Postscript）文件和SVG文件。ReportLa可以导出矢量图，如果安装依赖关系（Dependencies），比如PIL(Python Imaging Library)，ReportLab也可以导出JPEG, PNG, GIF, BMP和PICT格式的位图(Bitmap image)。

17.1 基因组可视化包—GenomeDiagram

17.1.1 GenomeDiagram简介

Bio.Graphics.GenomeDiagram包被整合到Biopython 1.50版之前，就已经是Biopython 的独立模块。GenomeDiagram包首次出现在2006年Pritchard等人在Bioinformatics杂志的一篇文章[:ref:`2 `] ，文中展示了一些图像示例，更多图像示例请查看GenomeDiagram手

册/DIST/docs/GenomeDiagram/userguide.pdf。正如“GenomeDiagram”名称所指，它主要用于可视化全基因组(特别是原核生物基因组)，即可绘制线型图也可绘制环形图，Toth等人在2006年发表的文章[:ref:`3

`] 中图2就是一个示例。Van der Auwera 等人在2009年发表的文章[:ref:`4 `] 中图1和图2也进一步说明，GenomeDiagram适用于噬菌体、质粒和线粒体等微小基因组的可视化。

如果存储基因组信息的是从GenBank文件中下载的SeqRecord话，它会包含许

多SeqFeature，那么用这个模块处理就很简单（详见第:ref:`4

`章和第:ref:`5 `章）。

17.1.2 图形，轨迹, 特征集和特征

GenomeDiagram使用一组嵌套的对象，图层中沿着水平轴或圆圈的图形对象（diagram object）表示一个序列（sequence）或序列区域（sequence region）。一个图形可以包含多个轨迹（track），呈现为横向排列或者环形放射图。这些轨迹的长度通常相等，代表相同的序列区域。可用一个轨迹表示基因的位置，另一个轨迹表示调节区域，第三个轨迹表示GC含量。可将最常用轨迹的特征打包为一个特征集（feature-sets）。CDS的特征可以用一个特征集，而tRNA的特征可以用另外一个特征集。这不是强制性的要求，你可以在diagram中用同样的特征集。如果diagram中用不同的特征集，修改一个特征会很容易，比如把所有tRNA的特征都变为红色，你只需选择tRNA的特征就行。

新建图形主要有两种方式。第一种是自上而下的方法（Top-Down），首先新建diagram对象，然后用diagram的方法来添加track(s)，最后用track的方法添加特征。第二种是自下而上的方法（Bottom-Up），首先单独新建对象，然后再将其进行组合。

17.1.3 自上而下的实例

我们用一个从GenBank文件中读取出来的SeqRecord来绘制全基因组（详见

第:ref:`5 `章）。这里用鼠疫杆菌Yersinia pestis biovar Microtus的pPCP1质粒，元数据文件NC_005816.gb在Biopython中GenBank

的tests目录下，NC_005816.gb也可下载

这里用自上而下的方法，导入目标序列后，新建一个diagram，然后新建一个track，最后新建一个特征集（feature set）：

接下来的部分最有趣，提取SeqRecord中每个基因的SeqFeature对象，就会为diagram 生成一个相应的特征（feature），将其颜色设置为蓝色，分别用深蓝和浅蓝表示。

创建导出文件需要两步，首先是draw方法，它用ReportLab对象生成全部图形。然后是write方法，将图形存储到格式文件。注意：输出文件格式不止一种。

如果安装了依赖关系（Dependencies），也可以生成位图（Bitmap image），代码如下：

注意，我们将代码中的fragments变量设置为“4”，基因组就会被分为“4”个片段。如果想要环形图，可以试试以下的代码：

示例图不是非常精彩，但这仅仅是精彩的开始。

17.1.4 自下而上的实例

现在，用“自下而上”的方法来创建相同的图形。首先新建不同的对象（可以是任何顺序），然后将其组合。

同样，利用draw和write方法来创建线形图或者环形图，结果应该完全相同（“draw”和“write”部分的代码见17.1.3）。

17.1.5 简单的Feature

以上示例中，创建diagram使用的SeqRecord的SeqFeature对象（详见:ref:`4.3 `章节）。如果你不需要SeqFeature对象，只将目标feature定位在坐标轴，仅需要创建minimal SeqFeature对象，方法很简单，代码如下：

对于序列来说，+1代表正向，-1代表反向，None代表两者都有，下面举个简单的示例：

图形示例结果请见下一节图中的第一个图，缺省的feature为浅绿色。

注意，这里用name参数作为feature的“说明文本”（caption text）。下文将会讲述更多细节。

17.1.6 Feature说明