在生物信息学和进化生物学领域，树状图（phylogenetic trees）是用来表示物种之间进化关系的重要工具。ggtree是一个基于ggplot2的R包，专门用于可视化进化树，支持多种树状图的格式，如Newick、Nexus、PhyloXML等，它不仅能绘制基础的进化树，还能结合数据在树上进行注释和高级自定义，是进化分析中不可或缺的工具之一。

安装ggtree

要安装ggtree，你需要先确保已经安装了R和Bioconductor。ggtree作为Bioconductor的一部分，可以通过以下命令安装：

if (!requireNamespace("BiocManager", quietly = TRUE))
    install.packages("BiocManager")

BiocManager::install("ggtree")

ggtree使用示例

接下来，我们将通过几个不同的例子来展示ggtree的强大功能。

示例1：基础进化树绘制

首先，我们需要一个进化树的数据。这里，我们使用ggtree自带的一个示例数据集。

library(ggtree)
tree <- rtree(10) # 生成一个包含10个物种的随机进化树
ggtree(tree) + geom_tiplab() # 绘制进化树，并在末端添加物种标签

[图片上传中...(image.png-1a95f8-1712712160088-0)]

这段代码会生成一个基础的进化树，每个物种在树的末端都有标签。

示例2：进化树上添加注释

ggtree支持在进化树上添加多种注释，比如高亮某些分支、添加图形标记等。

ggtree(tree) +
  geom_tiplab() +
  geom_highlight(node=5, fill="lightblue") + # 高亮显示编号为5的节点
  geom_nodelab(aes(label=node), nudge_x=0.5) # 在节点旁添加节点编号

这段代码在基础进化树的基础上，高亮了编号为5的节点，并在每个节点旁边添加了节点编号。

示例3：绘制圈状图

library("ggplot2")
library("ggtree")
library("colorspace")
treFile="input.tre"           #进化树文件
groupFile="group.txt"         #树枝分类
outFile="tree.pdf"            #输出

#读取属性文件，把属性信息保存到list
cls=list()
rt=read.table(groupFile,sep="\t",header=T)
for(i in 1:nrow(rt)){
    otu=as.character(rt[i,1])
    phylum=as.character(rt[i,2])
    cls[[phylum]]=c(cls[[phylum]], otu)
}
phylumNames=names(cls)
phylumNum=length(phylumNames)

#读取进化树文件，和属性文件合并
tree=read.tree(treFile)
tree=groupOTU(tree, cls)

#绘制
pdf(file=outFile, width=8, height=8)
ggtree(tree, 
       layout="circular", 
       ladderize = F, 
       branch.length="none", 
       aes(color=group)) + 
       scale_color_manual(values=c(rainbow_hcl(phylumNum+1)),breaks=phylumNames, labels=phylumNames ) + 
       theme(legend.position="right") + 
       geom_text(aes(label=paste("                ",label,sep=""), 
       angle=angle+45), 
       size=2)
dev.off()

1. 加载所需的包：ggplot2、ggtree和colorspace。

2. 定义变量：

   • treFile：进化树文件的路径。
   • groupFile：树枝分类的属性文件路径。
   • outFile：输出文件的路径。

3. 读取属性文件，并将属性信息保存到cls列表中。

   • cls：一个列表，以属性值（例如“phylum”）作为键，对应的样本编号列表作为值。

4. 读取进化树文件，并根据属性文件合并属性信息到树中。

   • tree：从进化树文件中读取的进化树对象。
   • groupOTU：自定义函数，用于将属性信息合并到进化树中的叶节点（OTU）。

5. 绘制进化树：

   • 使用ggtree函数绘制树，设置布局为圆形（layout="circular"）。
   • ladderize = F：不对树进行阶梯化处理。
   • branch.length="none"：不显示分支长度。
   • 使用aes(color=group)对树的分支进行着色，着色的属性为group。

6. 设置颜色：

   • 使用scale_color_manual手动设置颜色映射，使用rainbow_hcl函数生成不同类别的颜色，类别数为phylumNum+1（属性值的数量加一，为了保证颜色不重复）。
   • breaks=phylumNames, labels=phylumNames：设置颜色映射的标签，即属性值的名称。

7. 设置图例位置为右侧（theme(legend.position="right")）。

8. 使用geom_text添加文本标签，标签内容为label，并根据angle+45设置标签的角度偏移，size=2设置标签的大小。

9. 最后，将绘制的图保存为PDF文件（pdf(file=outFile, width=8, height=8)），并关闭绘图设备（dev.off()）。