在JBrowse1中展示共线性数据

Submitted by admin on Wed, 04/09/2025 - 10:43

如何在JBrowse1中展示基因组共线性数据

基因组共线性（genomic collinearity）是指不同基因组之间或同一基因组内基因顺序和方向的保守性，通常用于研究基因组间的同线性（synteny）关系。JBrowse1 是一个基于 HTML5 和 JavaScript 的基因组浏览器，主要用于可视化基因组注释、序列比对和变异数据。然而，JBrowse1 本身并没有内置功能来直接展示基因组共线性数据（如不同基因组间或染色体间的连接线）。尽管如此，我们可以通过将共线性数据转换为 JBrowse1 支持的格式并加载为自定义轨道来实现部分可视化。以下是具体步骤：

步骤 1：准备共线性数据

首先，需要从生物信息学分析中获取共线性数据。常用的工具包括：

  • MCScanX：用于检测基因组间的同线性块（synteny blocks），输出结果通常包括匹配的基因对或区域。
  • 全基因组比对工具：如 LASTZ 或 MUMmer，可生成两个基因组之间的比对数据。

这些工具的输出需要进一步处理，以便转换为 JBrowse1 可识别的格式。

步骤 2：将数据转换为 JBrowse1 支持的格式

JBrowse1 支持多种标准文件格式，例如 GFF3、BED 和 bigBed 等。对于共线性数据，可以按照以下方式转换：

  • GFF3 格式：
    • 将每个同线性块定义为一个特征（feature）。
    • 在 GFF3 文件的第 9 列（属性列）中，使用 Target 或自定义属性（如 corresponding_region=chr2:10000-20000）来记录对应的共线性区域。
    • 示例：

      text

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      chr1 MCScanX synteny_block 5000 10000 . + . ID=synteny1;Target=chr2:15000-20000 chr2 MCScanX synteny_block 15000 20000 . + . ID=synteny2;Target=chr1:5000-10000

  • BED 格式：
    • 类似地，每个同线性块作为一个条目，额外信息可以放在自定义字段中。
    • 示例：

      text

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      chr1 5000 10000 synteny1 . + 5000 10000 255,0,0 chr2:15000-20000 chr2 15000 20000 synteny2 . + 15000 20000 255,0,0 chr1:5000-10000

如果数据量较大，可以考虑将 BED 文件转换为 bigBed 格式，以提高加载效率。

步骤 3：将数据加载到 JBrowse1

  1. 数据转换：
    • 使用 JBrowse1 提供的脚本 flatfile-to-json.pl 将 GFF3 或 BED 文件转换为 JSON 格式。例如：

      bash

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      flatfile-to-json.pl --gff synteny.gff3 --trackLabel "Synteny" --key "Synteny Blocks" --out /path/to/jbrowse/data

    • 对于 BED 文件，命令类似：

      bash

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      flatfile-to-json.pl --bed synteny.bed --trackLabel "Synteny" --key "Synteny Blocks" --out /path/to/jbrowse/data

  2. 检查输出：确保生成的 JSON 文件被正确存储在 JBrowse1 的数据目录中。

步骤 4：配置轨道

编辑 JBrowse1 的配置文件（通常是 trackList.json），添加新轨道。例如：

json

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{ "label": "Synteny", "key": "Synteny Blocks", "storeClass": "JBrowse/Store/SeqFeature/NCList", "urlTemplate": "tracks/Synteny/{refseq}/trackData.json", "type": "FeatureTrack", "style": { "className": "feature", "color": "red" } }

  • type：通常使用 "FeatureTrack" 显示特征。如果需要更灵活的渲染，可以尝试 "CanvasFeatures" 并编写自定义样式。
  • style：可以自定义颜色、高度等属性，以突出显示同线性块。

步骤 5：样式调整（可选）

通过修改轨道样式，使同线性块更易识别。例如：

  • 设置不同颜色表示不同的共线性类型。
  • 在特征的弹出窗口中显示对应的共线性区域信息（如 Target 属性）。

局限性与注意事项

  • 图形化连接：JBrowse1 无法直接绘制不同基因组区域之间的连接线（如同线性视图中的弧线或直线）。这与 JBrowse2 不同，后者支持比较基因组学和同线性视图。
  • 多基因组展示：JBrowse1 通常一次显示一个参考基因组。如果需要比较不同基因组间的共线性，可以尝试加载多个参考序列，但无法实现交互式连接。
  • 替代方案：对于复杂的共线性可视化，可以使用专门工具（如 Circos 或 SynVisio）生成静态图像，然后通过 JBrowse1 的 "ImageTrack" 显示，但这缺乏交互性。

总结

在 JBrowse1 中展示基因组共线性数据的可行方法是：

  1. 使用工具（如 MCScanX）生成共线性数据。
  2. 将数据转换为 GFF3 或 BED 格式，表示同线性块。
  3. 通过 flatfile-to-json.pl 加载到 JBrowse1 并配置为特征轨道。
  4. 根据需要调整样式。

尽管这种方法可以显示同线性块的位置和相关信息，但无法实现动态连接或多基因组比较视图。如果需要更强大的共线性可视化功能，建议升级到 JBrowse2，它提供了内置的同线性支持和比较基因组学功能。