100个GEO基因表达芯片或转录组数据处理27 GSE83456

写在前边

虽然现在是高通量测序的时代，但是GEO、ArrayExpress等数据库储存并公开大量的基因表达芯片数据，还是会有大量的需求去处理芯片数据，并且建模或验证自己所研究基因的表达情况，芯片数据的处理也可能是大部分刚学生信的道友入门R语言数据处理的第一次实战，因此准备更新100个基因表达芯片或转录组高通量数据的处理。

数据信息检索

可以看到GSE83456是基因表达芯片数据，因此可以使用GEOquery包处理

使用GEOquery包下载数据

安装所需R包

r 复制代码

BiocManager::install("lumi")
BiocManager::install("lumiHumanIDMapping")
BiocManager::install('ScienceAdvances/Canton')

注：using作用是一次性加载多个R包，不用写双引号，并且不在屏幕上打印包的加载信息

r 复制代码

Canton::using(using, tidyverse,lumi,lumiHumanIDMapping, GEOquery, magrittr, data.table, AnnoProbe, clusterProfiler, org.Hs.eg.db, org.Mm.eg.db,ggdendro,ComplexHeatmap)

因为文件太大，在R内下载失败，可通过图片中的方法下载文件，GEOquery::getGEO直接读取本地的文件。

r 复制代码

geo_accession <- "GSE83456"
eSet <- getGEO(filename=stringr::str_glue('{geo_accession}_series_matrix.txt.gz'), AnnotGPL = F, getGPL = F)

处理表型数据

这部分是很关键的，可以筛选一下分组表型信息，只保留自己需要的样本，作为后续分析的样本（根据自己的研究目的筛选符合要求的样本）

r 复制代码

pdata <- pData(eSet)
pdata %<>%
    dplyr::mutate(
        Sample = geo_accession,
        Group = case_when(`disease state:ch1`=='HC'~'HC',
            `disease state:ch1`=='PTB'~'TB',
            TRUE~NA),
        Race = `ethnicity:ch1`,
        Sex = `gender:ch1`
    ) %>%
    dplyr::select(Sample,Group,Race,Sex,everything())

处理表达谱数据

这里需要处理Illumina表达芯片的原始数据，因为GSE98895_series_matrix.txt.gz 中的基因表达值从-20到几千，无法用于后续分析，因此我们自己标准化处理.

下载原始数据

lumi代码主要两个步骤，读入数据和lumiExpresso（包括lumiB调整芯片背景；lumiT 对数据进行方差固定；lumiN 对方差固定后的数据进行标准化，lumiQ 评估数据质量。所有这些方法构成了一个预处理流程），可以参考lumi包发表的文章 PMID: 18467348

读入原始数据，并重命名行名，40个样本这里需要根据上面代码返回结果自己改动，前两行是探针id和对应的symbol，后面每两列对应一个样本，是荧光信号强度和pvalue

最后保存原始数据到tmp.txt文件中(参考生信技能树代码)

r 复制代码

a <- fread('GSE83456_matrix_EPTB_unnormalized.txt.gz',data.table=F)

colnames(a) <- c("PROBE_ID", paste(rep(rownames(pdata), each = 2),
    rep(c("AVG_Signal", "Detection Pval"), nrow(pdata)/2),
    sep = "."
))
a %<>% mutate(Gene=PROBE_ID,.after="PROBE_ID")
fwrite(a, file = "tmp.txt", sep = "\t", quote = F)

探针信息

r 复制代码

gpl=eSet$annotation
probe2symbol <- AnnoProbe::idmap(gpl = gpl, type = "bioc", mirror = "tencent", destdir = "./") %>%
    dplyr::rename(ProbeID = probe_id, Feature = symbol) # pipe", "bioc", "soft"

lumi处理原始数据并提取标准化后的表达矩阵

r 复制代码

conflicts_prefer(data.table::second)
conflicts_prefer(dplyr::first)
x.lumi <- lumi::lumiR("tmp.txt", lib.mapping = "lumiHumanIDMapping")

# BiocManager::install("preprocessCore", configure.args="--disable-threading", force = TRUE)
lumi.N.Q <- lumi::lumiExpresso(x.lumi)

dat <- exprs(lumi.N.Q)

ID转换

第一次ID转换，把表达矩阵中的第一列ID转换成第二列PROBE_ID

r 复制代码

probeid <- lumi.N.Q@featureData@data
probeid <- probeid[match(rownames(dat), rownames(probeid)),,drop=FALSE ]
identical(rownames(dat), rownames(probeid))
probeid$PROBE_ID -> rownames(dat)

	PROBE_ID
rp13_p1x6D80lNLk3c	ILMN_1725881
NEX0oqCV8.er4HVfU4	ILMN_1910180
KyqQynMZxJcruyylEU	ILMN_1804174
xXl7eXuF7sbPEp.KFI	ILMN_1796063
iKjLBHp0iJBJUEuiiU	ILMN_3284771
9xddNLgNfLqLuukhvY	ILMN_3208259

第二次ID转换，把ProbeID转换成基因名字，把表达矩阵中的探针名转换为基因名；transid是我写的一个R函数，有需要可以联系我，加入交流群

r 复制代码

fdata <- transid(probe2symbol, probe_exprs)

ProbeID	Feature
ILMN_1343291	EEF1A1
ILMN_1343295	GAPDH
ILMN_1651209	SLC35E2A
ILMN_1651221	EFCAB1
ILMN_1651228	RPS28
ILMN_1651229	IPO13

数据质控

qcplot为自定义函数，作用是绘制用于质控判断的图，如PCA、top20基因热图、树状图，PCA图，可以 2 组区别区别不明显，可以考虑直接用作者处理好的数据虽然有负数值

r 复制代码

common_samples <- base::intersect(colnames(fdata),pdata$Sample)
fdata %<>% dplyr::select(all_of(c("Feature",common_samples)))
pdata %<>% dplyr::filter(Sample %in% common_samples)

qcplot(column_to_rownames(fdata,"Feature"),pdata$Group,w=18,h=18)

保存数据

r 复制代码

fwrite(fdata, file = stringr::str_glue("{geo_accession}_{gpl}_fdata.csv.gz"))
fwrite(pdata, file = stringr::str_glue("{geo_accession}_{gpl}_pdata.csv"))