手把手教你如何畫SCI級別的權重網路圖

知識 07-20

今天我們隆重推出第二種網路圖繪製工具——權重網路圖，可以將基因間的調控互作關係繪製成一個有權重的網路圖，展示的是基因間的共表達關係以及相關性強弱關係。

權重網路圖與有向網路圖的主要區別在哪裡？那麼，我們做個簡單的比較：

有向網路圖更關心調控的方向，例如，miRNA對靶基因的調控作用；

權重網路圖不關注調控關係的方向，關心的是調控關係的強弱。基因調控關係的強弱（也可以稱為調控關係的權重）可以在圖形中被充分展示。同時，在權重網路圖中，基因的連通性（connectivity）可以使用節點（節點即代表基因）的顏色或大小來表示，從而有利於突出展示調控網路圖中的處於調控樞紐位置的核心基因。

什麼是基因連通性？

即網路圖中的某個基因與其他基因的調控關係的數量或強弱程度之和。連通性越高，則說明該基因在該調控網路中處於核心（hub）的位置，潛在功能更重要。如下圖所示，基因A在這個調控網路中連通性最高，處於網路圖的核心位置，說明基因A在這個基因調控網路中可能具有重要的作用。

手把手教你如何畫SCI級別的權重網路圖

因此，我們的權重網路圖工具可以畫出如下面的圖：

手把手教你如何畫SCI級別的權重網路圖

這個圖展示的是草莓花托在發育過程中的基因表達調控網路。網路圖中的結點（基因）越大、顏色越紅，代表該基因在網路圖中的連通性越大，即在調控網路中處于越重要的位置。我們可以看出，位於網路圖核心位置的基因大部分為轉錄因子（TF），他們與其他基因的連通性最高，表明這些基因在基因表達調控網路中具有最重要的作用。

下面我們就來看看如何繪製這樣的權重網路圖：

步驟

01 進入工具

從OS Tools首頁找到「權重網路圖」工具，點擊進入。進入後發現版面很簡潔，只需要輸入一個文件：邊界文件，和設置兩個參數：連通性方法和權重範圍選擇。而且邊界文件也只有三列，那是因為與有向網路圖一樣，網路圖的樣式修改是在任務完成後再隨意修改的，後面會詳細介紹~

手把手教你如何畫SCI級別的權重網路圖

02 輸入文件

需要輸入一個邊界文件作為作圖數據。邊界文件至少必須包含三列：

第一列和第二列為基因名稱或基因ID，在同一行中，表示第一列的基因和第二列的基因有相互作用關係（沒有方向的區分）。

第三列為權重（weight），即兩個基因間的相關關係，在繪製出來的權重網路圖中，基因間的權重將會平均分成四份，從權重小到大分別用點線、短虛線、長虛線、實線來表示。

這三列之後還可以有其他數據，比如基迪奧WGCNA結題報告中給出的cytoscape配置文件edge文件，總共有六列。因此，可以直接將這個edge配置文件輸入，畫出權重網路圖。

要注意的是，邊界文件必須包含表頭，表頭可以自定義，如：fromNode, toNode, weight。

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03 參數設置

1.連通性方法

如上面所說，連通性指的是網路圖中的某個基因與其他基因的調控關係的數量或強弱程度之和。連通性的計算方法有硬閾值和軟閾值兩種方法。這兩種方法的區別粗暴地說就是有無和多少的區別。

硬閾值是簡單地從「有無」來計算基因的連通性，即某個基因與多少個其他基因有關聯，連通性即為多少。比如基因A總共與10個基因有相互作用，則基因A的連通性為10。而軟閾值是從「多少」來計算基因的連通性的，是指一個基因與其他基因的相關係數（權重，weight）的總和。例如基因A與基因B的權重為0.2，與基因C的權重為0.3，與基因D的權重為0.5，則基因A的連通性為0.2+0.3+0.5=1。

不是很懂？那麼小師妹用一個生動的例子來說明吧！基迪奧小師妹和基迪奧小師兄都各有10個朋友，那麼我們對應的硬閾值連通性都是10。但是小師妹的10個朋友中，大部分都和小師妹感情很好，是親密的閨蜜，而小師兄只有一個很好的哥們，其他的朋友都是點頭之交。那麼小師妹的軟閾值連通性就要比小師兄高了，哈哈哈哈！

通常，選擇軟閾值來計算基因的連通性，要比硬閾值更能反應基因在調控網路圖中的地位，WGCNA分析中模塊中基因的連通性也是用軟閾值方法來計算的。但你們也可以根據實際情況來選擇不同的連通性計算方法。

2.權重範圍

通常，在一個基因調控網路中，基因數目非常多，兩兩基因間都會算出一個權重（相關係數），因此，如果把整個文件所有基因和關係都用來做網路圖，出來的圖肯定密密麻麻什麼都看不清。而且通常我們關注的是權重較大、相關關係較強的基因間共表達關係，一般情況下這類基因才具有生物學意義。因此沒有必要把所有的共表達關係都畫出來。所以，我們可以自行設置權重範圍，展示特定權重範圍下的基因間調控關係。比如選擇權重範圍在0.5-1.0之間的基因來作圖。

注意：如果連通性方法選擇的是硬閾值，系統運行時是先篩選權重範圍再在這個範圍內計算基因的連通性；如果連通性方法選擇的是軟閾值，則是先計算每個基因的連通性後再篩選權重範圍進行畫圖展示。

舉個例子：A基因和5個基因間存在調控關係，表達量相關係數的強弱（即權重值）分別是：0.1，0.3，0.5，0.6，0.9。

然後我們選擇權重範圍：0.5~1繪圖。

那麼，根據兩種計算方式得出的A基因的連通性分別是：

硬閾值：3 （因為有3個調控關係位於這個範圍）

軟閾值: 0.1 + 0.3 + 0.5 + 0.6 + 0.9 =2.4（即使不在閾值範圍內的調控關係，依然被保留和相加）

04 提交任務、查看結果

輸入邊界文件、設置好參數後，就可以提交任務了。任務是瞬間完成的~~點擊「結果預覽」，即可跳到網路圖樣式調整界面：

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