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使用deeptools生成ChIP-seq信号热图与谱图

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整理ChIP-seq / CUT & Tag 分析时用到的工具。本文只对使用的工具用法进行简单介绍。

deeptools 提供了computeMatrix命令以计算特定基因组区域的ChIP-seq信号，并通过plotHeatmap和plotProfile函数分别产生ChIP-seq信号热图与谱图。

用法

computeMatrix

computeMatrix提供以下两种用法以不同的参考系计算ChIP-seq的信号

  • computeMatrix scale-regions ：以一段区域为参考系，将所有参考的基因组区域缩放至指定的区域长度，计算该区域内的ChIP-seq信号

  • computeMatrix reference-point：以某一坐标为参考系，取上下游一定长度作为窗口计算区域内的ChIP-seq信号值

示例与参数介绍（结合plotHeatmap与plotProfile）

scale-regions

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$ computeMatrix scale-regions -S H3K27Me3-input.bigWig \
                                 H3K4Me1-Input.bigWig  \
                                 H3K4Me3-Input.bigWig \
                              -R genes19.bed genesX.bed \
                              --beforeRegionStartLength 3000 \
                              --regionBodyLength 5000 \
                              --afterRegionStartLength 3000
                              --skipZeros -o matrix.mat.gz

--scoreFileName, -S：输入的bw文件，可以是校正后的bw文件
--regionsFileName, -R：BED/GTF 格式的文件，指定需要计算的基因组区域
--outFileName, -out, -o：输出的文件
--regionBodyLength, -m：缩放后的基因组区域长度（bp），指定的基因组区域都会被缩放至该长度
--beforeRegionStartLength, -b, --upstream：基因组区域起始位点上游需要延伸的长度（bp）
--afterRegionStartLength, -a, --downstream：基因组区域终止位点下游需要延伸的长度（bp）
--skipZeros：设置后跳过只有0的位点。

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$ plotHeatmap -m matrix.mat.gz \
      -out ExampleHeatmap1.png \
      --whatToShow “plot, heatmap and colorbar”

--matrixFile, -m：computeMatrix输出的结果文件
--outFileName, -out, -o：输出的图片名称，格式可选 “png”, “eps”, “pdf”, “svg”等
--whatToShow：输出图片中的内容，可选： “plot and heatmap”, “heatmap only”, “heatmap and colorbar”

reference-point

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$ computeMatrix reference-point \
 -S DNase_mouse.bigwig \
 -R Whyte_TypicalEnhancers_ESC.bed \
 --referencePoint center \
 -a 2000 -b 2000 \ ## regions before and after the enhancer centers
 -out matrix_Enhancers_DNase_ESC.tab.gz

该模式大部分参数与scale-regions模式一致，不同的是：
--referencePoint：指定参考点，可选：TSS, TES, center

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$ plotHeatmap \
 -m matrix_Enhancers_DNase_ESC.tab.gz\
 -out hm_DNase_ESC.png \
 --heatmapHeight 15  \
 --refPointLabel enh.center \
 --regionsLabel enhancers \
 --plotTitle 'DNase signal' \

如果只想单独生成ChIP-seq信号谱图可以使用plotProfile命令

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$ computeMatrix scale-regions -S H3K27Me3-input.bigWig \
                                 H3K4Me1-Input.bigWig  \
                                 H3K4Me3-Input.bigWig \
                              -R genes19.bed genesX.bed \
                              --beforeRegionStartLength 3000 \
                              --regionBodyLength 5000 \
                              --afterRegionStartLength 3000
                              --skipZeros -o matrix.mat.gz

$ plotProfile -m matrix.mat.gz \
              -out ExampleProfile1.png \
              --numPlotsPerRow 2 \
              --plotTitle "Test data profile"

plotProfile的基本使用参数与plotHeatmap一致，这里就不再过多介绍。

以上就是使用deeptools生成ChIP-seq信号热图和谱图的简单例子，deeptools官方文档及其Gallery还有许多高级的用法与例子，有兴趣的同学可以深入学习。

ref
computeMatrix: https://deeptools.readthedocs.io/en/develop/content/tools/computeMatrix.html#deepBlue%20arguments
plotHeatmap: https://deeptools.readthedocs.io/en/develop/content/tools/plotHeatmap.html?highlight=plotheatmap
plotProfile: https://deeptools.readthedocs.io/en/develop/content/tools/plotProfile.html?highlight=plotheatmap
deeptools gallery: https://deeptools.readthedocs.io/en/latest/content/example_gallery.html#normalized-chip-seq-signals-and-peak-regions

完。