Biopython - 基因组分析

基因组是完整的 DNA 集，包括其所有基因。基因组分析是指研究个体基因及其在遗传中的作用。

基因组图

基因组图将遗传信息表示为图表。Biopython 使用 Bio.Graphics.GenomeDiagram 模块来表示 GenomeDiagram。GenomeDiagram 模块需要安装 ReportLab。

创建图表的步骤

创建图表的过程通常遵循以下简单模式 -

为要显示的每组单独的特征创建一个FeatureSet，并向其中添加Bio.SeqFeature 对象。
为每个要显示的图表创建一个 GraphSet，并向其中添加图表数据。
为图表上所需的每个轨迹创建一个轨迹，并将图形集和要素集添加到所需的轨迹中。
创建一个图表，并向其中添加轨道。
告诉图表绘制图像。
将图像写入文件。

让我们以输入 GenBank 文件为例 -

https://raw.githubusercontent.com/biopython/biopython/master/Doc/examples/ls_orchid.gbk并从 SeqRecord 对象读取记录，最后绘制基因组图。下面解释一下，

我们将首先导入所有模块，如下所示 -

>>> from reportlab.lib import colors 
>>> from reportlab.lib.units import cm 
>>> from Bio.Graphics import GenomeDiagram

现在，导入 SeqIO 模块来读取数据 -

>>> from Bio import SeqIO 
record = SeqIO.read("example.gb", "genbank")

这里，记录从genbank文件中读取序列。

现在，创建一个空图表来添加轨道和功能集 -

>>> diagram = GenomeDiagram.Diagram(
   "Yersinia pestis biovar Microtus plasmid pPCP1") 
>>> track = diagram.new_track(1, name="Annotated Features") 
>>> feature = track.new_set()

现在，我们可以使用从绿色到灰色的替代颜色来应用颜色主题更改，如下定义 -

>>> for feature in record.features: 
>>>    if feature.type != "gene": 
>>>       continue 
>>>    if len(feature) % 2 == 0: 
>>>       color = colors.blue 
>>>    else: 
>>>       color = colors.red 
>>> 
>>>    feature.add_feature(feature, color=color, label=True)

现在您可以在屏幕上看到以下响应 -

<Bio.Graphics.GenomeDiagram._Feature.Feature object at 0x105d3dc90> 
<Bio.Graphics.GenomeDiagram._Feature.Feature object at 0x105d3dfd0> 
<Bio.Graphics.GenomeDiagram._Feature.Feature object at 0x1007627d0> 
<Bio.Graphics.GenomeDiagram._Feature.Feature object at 0x105d57290> 
<Bio.Graphics.GenomeDiagram._Feature.Feature object at 0x105d57050> 
<Bio.Graphics.GenomeDiagram._Feature.Feature object at 0x105d57390> 
<Bio.Graphics.GenomeDiagram._Feature.Feature object at 0x105d57590> 
<Bio.Graphics.GenomeDiagram._Feature.Feature object at 0x105d57410> 
<Bio.Graphics.GenomeDiagram._Feature.Feature object at 0x105d57490> 
<Bio.Graphics.GenomeDiagram._Feature.Feature object at 0x105d574d0>

让我们为上述输入记录画一个图表 -

>>> diagram.draw(
   format = "linear", orientation = "landscape", pagesize = 'A4', 
   ... fragments = 4, start = 0, end = len(record)) 
>>> diagram.write("orchid.pdf", "PDF") 
>>> diagram.write("orchid.eps", "EPS") 
>>> diagram.write("orchid.svg", "SVG") 
>>> diagram.write("orchid.png", "PNG")

执行上述命令后，您可以看到 Biopython 目录中保存了以下图像。

** Result **
genome.png

您还可以通过进行以下更改以圆形格式绘制图像 -

>>> diagram.draw(
   format = "circular", circular = True, pagesize = (20*cm,20*cm), 
   ... start = 0, end = len(record), circle_core = 0.7) 
>>> diagram.write("circular.pdf", "PDF")

染色体概述

DNA 分子被包装成称为染色体的线状结构。每条染色体均由 DNA 组成，DNA 围绕支撑其结构的组蛋白蛋白质紧密盘绕多次。

当细胞不分裂时，染色体在细胞核中是不可见的——即使在显微镜下也是如此。然而，组成染色体的 DNA 在细胞分裂过程中变得更加紧密，然后在显微镜下可见。

在人类中，每个细胞通常包含 23 对染色体，总共 46 条。其中 22 对称为常染色体，在男性和女性中看起来都相同。第 23 对性染色体在男性和女性之间有所不同。女性有两份 X 染色体，而男性有一份 X 和一份 Y 染色体。