1. Circos简介
Circos用于画基因组圈图。其帮助文档：http://www.circos.ca/documentation/tutorials/
2. Circos的安装
Circs是perl写出来的程序，其正常使用需要依赖于一些Perl模块，特别是GD。GD的安装如下：
先安装libgd:
# unzip libgd-gd-libgd-00cd9583242e.zip # cd libgd-gd-libgd-00cd9583242e/ # ./bootstrap.sh # ./configure && make -j 4 && make install # gdlib-config # cd .. # rm -rf libgd-gd-libgd-00cd9583242e
再安装GD
# ln -s /usr/lib64/libgd.so.2.0.0 /usr/lib64/libgd.so.3 # cpan -i GD
下载circos并安装：
$ wget http://circos.ca/distribution/circos-tools-0.18.tgz $ wget http://circos.ca/distribution/circos-0.66.tgz $ wget http://circos.ca/distribution/circos-tutorials-0.66.tgz $ wget http://circos.ca/distribution/circos-course-0.67.tgz $ tar zxf circos-0.66.tgz $ cd circos-0.66/bin $ ./list.modules #该命令列出circos所需求的perl模块 $ ./test.modules #该命令检测这些所需求的perl模块是否正确安装上 $ sudo cpan -i Config::General Font::TTF List::MoreUtils Math::Bezier Math::Round Math::VecStat Params::Validate Readonly Regexp::Common Set::IntSpan Text::Format Clone $ ./gddiag #检测GD是否能用于画图，最终能生成diag.png文件 $ ./circos --help #能给出简单的命令帮助文件，否则安装不成功 $ cd ../example/ $ ../bin/circos -conf etc/circos.conf #一个使用的例子
3. Circos的配置文件准备
Circos的使用主要通过输入一个配置文件。该配置文件的内容格式主要以各种区块表示，大区块中可以包含小区块。区块中以“变量 = 值”的方式来进行参数的设定。例如：
<links> <link> file = data/set1.txt color = black ... </link> <link> file = data/set2.txt color = red ... </link> </links>
此外，有些配置信息一般不需要改动，比如颜色，字体等。我们一般将这类信息保存到一个独立的配置文件中。只需要在主配置文件中声明包含这些独立的配置文件名，即表示使用其配置信息。例如，最常用的放置到主配置文件尾部的数行：
设置生成的图片参数
<image> <<include etc/image.conf>> </image>
设置颜色，字体，填充模式的配置信息：
<<include etc/colors_fonts_patterns.conf>>
系统与debug参数：
<<include etc/housekeeping.conf>>
4. Circos的使用参数
-version 查询circos版本 -modules 检测perl模块 -conf <string> 输入主配置文件 -outputdir <string> 设置输出文件的路径 -outputfile <string> 设置输出文件名，该参数的值以.png为后缀 -svg 生成svg结果文件 -nosvg 不生成svg结果文件
5. Circos配置文件详解
Circos的命令使用简单，但是配置文件极其复杂，以下从各个track进行详解
5.1 ideogram block 显示染色体
将染色体在圈图上展示出来，代表每个染色体的图形，称为ideogram。将以下配置信息放入一个单独的配置文件中，给其命名 ideogram.conf 。
<ideogram> ## 设定 ideograms 之间的空隙 <spacing> # 设置圈图中染色体之间的空隙大小，以下设置为每个空隙大小为周长的 0.5% default = 0.005r # 也可以设置指定两条染色体之间的空隙 #<pairwise hsY;hs1> # 以下设定为两条染色体之间的空隙约为圆的 20 度角。 #spacing = 20r #</pairwise> </spacing> ## 设定 ideograms # 设定 ideograms 的位置，以下设定 ideograms 在图离圆心的 90% 处 radius = 0.90r # 设定 ideograms 的厚度，可以使用 r（比例关系） 或 p（像素）作为单位 thickness = 20p # 设定 ideograms 是否填充颜色。填充的颜色取决于 karyotype 指定的文件的最后一列。 fill = yes # 设定 ideograms 轮廓的颜色及其厚度。如果没有该参数或设定其厚度为0，则表示没有轮廓。 stroke_color = dgrey stroke_thickness = 2p ## 设定 label 的显示 # 设定是否显示 label 。 label 对应着 karyotype 文件的第 4 列。如果其值为 yes，则必须要有 label_radius 参数来设定 label 的位置，否则会报错并不能生成结果。 show_label = yes # 设定 label 的字体 label_font = default # 设定 label 的位置 label_radius = 1r+90p # 设定 label 的字体大小 label_size = 40 # 设定 label 的字体方向，yes 是易于浏览的方向。 label_parallel = yes </ideogram>
5.2 ticks block 以刻度形式显示染色体大小
将染色体的大小以刻度的形式在圈图上展示出来。将以下配置信息放入一个单独的配置文件中，给其命名 ticks.conf 。
# 是否显示 ticks show_ticks = yes # 是否显示 ticks 的 lables show_tick_labels = yes ## 设定 ticks <ticks> ## ticks 的设置 # 设定 ticks 的位置 radius = 1r # 设定 ticks 的颜色 color = black # 设定 ticks 的厚度 thickness = 2p # 设定 ticks' label 的值的计算。将该刻度对应位置的值 * multiplier 得到能展示到圈图上的 label 值。 multiplier = 1e-6 # label 值的格式化方法。%d 表示结果为整数；%f 结果为浮点数； %.1f 结果为小数点后保留1位； %.2f 结果为小数点后保留2位。 format = %d ## 以下设置了 2 个 ticks，前者是小刻度，后者是大刻度。 <tick> # 设置每个刻度代表的长度。若其单位为 u，则必须要设置 chromosomes_units 参数。比如设置 chromosomes_units = 1000000，则如下 5u 表示每个刻度代表 5M 长度的基因组序列。 spacing = 5u # 设置 tick 的长度 size = 10p </tick> <tick> spacing = 25u size = 15p # 由于设置的是大刻度，以下用于设置展示 ticks' label。 show_label = yes # 设置 ticks' label 的字体大小 label_size = 20p # 设置 ticks' label 离 ticks 的距离 label_offset = 10p format = %d </tick> </ticks>
5.3 links block 以曲线连接显示基因组内部区域之间的联系
基因组内部不同的序列区域之间有联系，将之使用线条进行连接，从而展示到圈图上。常见的是重复序列之间的连接。将以下配置信息放入一个单独的配置文件中，给其命名 links.conf 。
<links> <link> # 指定 link 文件的路径，其文件格式为： # chr1 start end chr2 start end # hs1 465 30596 hs2 114046768 114076456 # 表明这两个染色体区域有联系，例如这个区域的序列长度>1kb且序列相似性>=90%。 file = data/5/segdup.txt # 设置 link 曲线的半径 radius = 0.8r # 设置贝塞尔曲线半径，该值设大后曲线扁平，使图像不太好看。 bezier_radius = 0r # 设置 link 曲线的颜色 color = black_a4 # 设置 link 曲线的厚度 thickness = 2 <rules> # 以下可以设置多个 rules，用来对 link 文件的每一行进行过滤或展示进行设定。每个 rule 都有一个 condition 参数；如果该 condition 为真，除非 flow=continue ，则不 # 如果 link 文件中该行数据是染色体内部的 link，则不对其进行展示 <rule> condition = var(intrachr) show = no </rule> # 设置 link 曲线的颜色与 ideogram 的颜色一致，否则为统一的颜色。 <rule> # condition 为真，则执行该 block 的内容 condition = 1 # 设置 link 曲线的颜色为第 2 条染色体的颜色。对应这 link 文件中第 4 列数据对应的染色体的名称 color = eval(var(chr2)) # 虽然 condition 为真，但依然检测下一个 rule flow = continue </rule> # 如果 link 起始于 hs1，则其 link 曲线半径为 0.99r <rule> condition = from(hs1) radius1 = 0.99r </rule> # 如果 link 结束于 hs1，则其 link 曲线半径为 0.99r <rule> condition = to(hs1) radius2 = 0.99r </rule> </rules> </link> </links>
5.4 plots block 以直方图形式展示数据
将基因组序列的GC含量，表达量等以直方图的形式在圈图中展示出来。将以下配置信息放入一个单独的配置文件中，给其命名 plots_histogram.conf 。以下作了两个直方图，并对分别添上背景或网格线。
<plot> # 设定为直方图 type = histogram # 数据文件路径，为 4 列： # chromosome start end data # hs1 0 1999999 180.0000 file = data/5/segdup.hs1234.hist.txt # 设置直方图的位置，r1 要比 r0 大。直方图的方向默认为向外。 r1 = 0.88r r0 = 0.81r # 直方图的填充颜色 fill_color = vdgrey # 默认下直方图轮廓厚度为 1px，若不需要轮廓，则设置其厚度为0，或在 etc/tracks/histogram.conf 中修改。 thickness = 0p # 直方图是由 bins （条行框）所构成的。若 bins 在坐标上不相连，最好设置不要将其bins连接到一起。例如： # hs1 10 20 0.5 # hs1 30 40 0.25 # 上述数据设置值为 yes 和 no 时，图形是不一样的。 extend_bin = no # 以下添加 rule ，不在 hs1 上添加直方图。 <rules> <<include exclude.hs1.rule>> </rules> # 设定直方图的背景颜色 <backgrounds> show = data <background> color = vvlgrey </background> <background> color = vlgrey y0 = 0.2r y1 = 0.5r </background> <background> color = lgrey y0 = 0.5r y1 = 0.8r </background> <background> color = grey y0 = 0.8r </background> </backgrounds> </plot> <plot> type = histogram # 此处直方图的数据文件第 4 列是多个由逗号分割的数值，需要制作叠加的直方图。 file = data/5/segdup.hs1234.stacked.txt r1 = 0.99r r0 = 0.92r # 给 4 个值按顺序填充不同的颜色 fill_color = hs1,hs2,hs3,hs4 thickness = 0p orientation = in extend_bin = no <rules> <<include exclude.hs1.rule>> </rules> # 在直方图中添加坐标网格线 <axes> show = data thickness = 1 color = lgrey <axis> spacing = 0.1r </axis> <axis> spacing = 0.2r color = grey </axis> <axis> position = 0.5r color = red </axis> <axis> position = 0.85r color = green thickness = 2 </axis> </axes> </plot>
5.5 plots block 以热图形式显示数据
基因组一个区域内有多组数据时，适合以热图形式显示数据。比如基因表达量。将以下配置信息放入一个单独的配置文件中，给其命名 plots_heatmap.conf 。
<plot> # 绘制 heat map type = heatmap # 设定数据文件路径。文件有 5 列 # chrID start end data class # hs1 0 1999999 113.0000 id=hs1 # hs1 0 1999999 40.0000 id=hs4 # hs1 0 1999999 20.0000 id=hs2 # hs1 0 1999999 7.0000 id=hs3 file = data/5/segdup.hs1234.heatmap.txt # 设定图形所处位置 r1 = 0.89r r0 = 0.88r # 设定热图的颜色。颜色为 hs3 ，以及相应带不同透明程度的 5 种颜色。 color = hs1_a5,hs1_a4,hs1_a3,hs1_a2,hs1_a1,hs1 # 设定 scale_log_base 参数。计算颜色的方法如下： # f = (value - min) / ( max - min ) 热图中每个方块代表着一个值，并给予相应的颜色标示。一系列的值 [min,max] 对应一系列的颜色 c[n], i=0..N # n = N * f ** (1/scale_log_base) # 由上面两个公式计算出代表颜色的 n 值。 # 若 scale_log_base = 1，则数值与颜色的变化是线性的； # 若 scale_log_base > 1，则颜色向小方向靠近； # 若 scale_log_base < 1，则颜色向大方向靠近。 scale_log_base = 5 <rules> <<include exclude.hs1.rule>> # 仅显示 id = hs1 的数据 <rule> condition = var(id) ne "hs1" show = no </rule> </rules> </plot> <plot> type = heatmap file = data/5/segdup.hs1234.heatmap.txt r1 = 0.90r r0 = 0.89r color = hs2_a5,hs2_a4,hs2_a3,hs2_a2,hs2_a1,hs2 scale_log_base = 5 <rules> <<include exclude.hs1.rule>> <rule> condition = var(id) ne "hs2" show = no </rule> </rules> </plot> <plot> type = heatmap file = data/5/segdup.hs1234.heatmap.txt r1 = 0.91r r0 = 0.90r color = hs3_a5,hs3_a4,hs3_a3,hs3_a2,hs3_a1,hs3 scale_log_base = 5 <rules> <<include exclude.hs1.rule>> <rule> condition = var(id) ne "hs3" show = no </rule> </rules> </plot> <plot> type = heatmap file = data/5/segdup.hs1234.heatmap.txt r1 = 0.92r r0 = 0.91r color = hs4_a5,hs4_a4,hs4_a3,hs4_a2,hs4_a1,hs4 scale_log_base = 5 <rules> <<include exclude.hs1.rule>> <rule> condition = var(id) ne "hs4" show = no </rule> </rules> </plot>
5.6 plots block 以文本形式显示数据
若需要在圈图上显示一些基因的名称，此时需要以文本形式显示数据。将以下配置信息放入一个单独的配置文件中，给其命名 plots_text.conf 。
<plot> # 表示出文字 type = text # 数据文件路径 file = data/6/genes.labels.txt # 显示在图形中的位置 r1 = 0.8r r0 = 0.6r # 标签的字体 label_font = light # 标签大小 label_size = 12p # 文字边缘的大小，设置较小则不同单词就可能会连接到一起了。 # padding - text margin in angular direction # rpadding - text margin in radial direction rpadding = 5p # 设置是否需要在 label 前加一条线，用来指出 lable 的位置。 show_links = no link_dims = 0p,2p,5p,2p,2p link_thickness = 2p link_color = black <rules> <<include exclude.hs1.rule>> # 设置 rule ，对 label 中含有字母 a 或 b 的特异性显示 <rule> condition = var(value) =~ /a/i label_font = bold flow = continue </rule> <rule> condition = var(value) =~ /b/i color = blue </rule> </rules> </plot>
5.7 rules block 放置常用的规则配置
本例子中，很多track没有在1号染色体上展示，需要设置如下规则信息，将之写入到文件 exclude.hs1.rule 中
<rule> condition = on(hs1) show = no </rule>
5.8 主配置文件
在主配置文件 circos.conf 中，包含以上所需要的配置文件信息，则可以画出所需要的track。此外，可以设置一些全局的设置。
# 指定染色体组型的文件，该文件有 7 列，例如： # chr - ID LABEL START END COLOR # chr - hs1 1 0 249250621 chr1 # chr - hs2 2 0 243199373 chr2 karyotype = data/karyotype/karyotype.human.txt # 设置长度单位，以下设置表示 1M 长度的序列代表为 1u。 chromosomes_units = 1000000 # 默认设置下是将 karyotype 文件中所有的染色体都展示出来。当然，也可能根据需要仅展示指定的 chromosomes, 使用如下的参数进行设置。 chromosomes_display_default = no # 以下参数设置指定的 chromosomes 用于展示到圈图中。// 中是一个正则表达式，匹配的 chromosomes 用于展示到圈图中。其匹配的对象是 karyotype 文件中的第 3 列。也可以直接列出需要展示的 chromosomes， 例如：hs1;hs2;hs3;hs4 。 chromosomes = /hs[1-4]$/ # chromosomes = hs1;hs2;hs3;hs4 # 以下设置各个 ideograms 的大小。其总长度为 1 ，hs1 的长度为 0.5， hs2，hs3 和 hs4 这 3 个 chromosomes 的总长度为 0.5，并且这 3 个 chromosomes 的长度是分布均匀的。注意前者的单位是 r， 后者使用了正则表达式对应多个 chromosomes， 其单位于是为 rn 。 chromosomes_scale = hs1=0.5r,/hs[234]/=0.5rn # 使 hs2， hs3 和 hs4 在圈图上的展示方向是反向的。 chromosomes_reverse = /hs[234]/ # 设置各个 ideograms 的颜色 chromosomes_color = hs1=red,hs2=orange,hs3=green,hs4=blue # 默认下在 ideogram block 中统一设置了 ideogram 的位置，可以使用此参数调整指定 ideogram 的位置。 chromosomes_radius = hs4:0.9r # chromosomes_radius = hs2:0.9r;hs3:0.8r;hs4:0.7r # karyotype 文件最后一列指定了各个 chromosomes 的颜色，而使用 chromosomes_color 参数也能修改颜色。当然，使用如下方式进行颜色的修改，则更加直观。以下方式是对颜色重新进行定义。chr1，chr2，chr3 和 chr4 对应着 karyotype 文件最后一列的值，代表着颜色的类型。此处使用 color block 来对其进行重新定义。注意重新定义的时候需要加符号 * <colors> chr1* = red chr2* = orange chr3* = green chr4* = blue </colors> ### 绘制 plot 图 <plots> <<include plots_histogram.conf>> <<include plots_heatmap.conf>> <<include plots_text.conf>> </plots> <<include ideogram.conf>> <<include ticks.conf>> <<include links.conf>> ################################################################ # 插入必须的并不常修改的标准参数 <image> <<include etc/image.conf>> </image> <<include etc/colors_fonts_patterns.conf>> <<include etc/housekeeping.conf>>
5.9 使用 circos 命令画图
对配置文件设置完毕后，使用命令进行画图,先安装完毕 circos
$ cd circos-0.66 $ tar zxf circos-tutorials-0.66.tgz $ mv data data.bak $ mv circos-tutorials-0.66/data/ ./
以上准备数据文件
然后将以上所有的配置文件在当前目录准备好，然后再运行程序进行画图
$ ./bin/circos -conf circos.conf
结果如下：
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