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关联分析-GEMMA笔记

关联分析-GEMMA笔记

作者: jjjscuedu | 来源:发表于2021-12-02 07:31 被阅读0次

    前面自己写过一篇笔记,用的是tassel(https://mp.weixin.qq.com/s?__biz=MzU0ODk5MjM3OA==&mid=2247483855&idx=1&sn=eeb6b18437eec15bd5fe7668c5809f2c&chksm=fbb7e5daccc06ccca3629fb9a405311404a11bf01e8cc554f3c03ac4249d85e197ef649972ab&token=722272578&lang=zh_CN#rd),因为最近刚好帮别人分析一批GWAS的数据,所以也顺手尝试了GEMMA,发现比tassel快很多。所以果断用了GEMMA。

    从GEMMA的介绍可以看出,还是相当强大的。

    GEMMA(Genome-wide Efficient Mixed Model Association algorithm)是一款基于混合线性模型的GWAS分析软件。GEMMA相比较于其他基于混合线性模型的软件,它有如下优势:

    1. 快速:远远快于其他精确算法(EMMA和FaST-LMM)。

    2. 准确:EMMAX和GAPIT都采用固定零模型中的方差组分不变的策略来提高运算速度,这实际上就是一种近似算法,不如GEMMA准确。

    3. 方便:可直接使用plink二进制格式数据,无需进行复杂的数据格式转换。(尤其是不像tassel运行起来参数繁琐的很。)

    4. 功能全面:可进行单标记GWAS、多标记GWAS和多性状GWAS分析。

    ====GEMMA的下载和安装========

    下载地址:https://github.com/genetics-statistics/GEMMA/releases

    我下载的是目前的最新版本:0.98.4(gemma-0.98.4-linux-static-AMD64.gz)这个是编译过可以直接运行的。测试一下,也是可以运行没有问题的。

    ===准备输入文件======

    GEMMA可以接受plink格式的输入文件,所以我们先准备plink格式的文件。

    因为我处理的大多数是重测序的数据,所以得到的原始文件一般是vcf格式的,所以就从vcf格式开始转化了。

    vcftools --vcf all.final.vcf --min-alleles 2 --max-alleles 2 --maf 0.05 --max-missing 0.3  --minQ 20 --recode --out test  //做了一个初步过滤

    vcftools   --vcf test.recode.vcf --plink --out out

    plink --file out   --make-bed --out test--noweb

    这样我们就获得了bed,bim,fam三个输入文件。

    ===表型数据====

    因为GEMMA是通过识别plink格式的fam文件中的表型来进行关联分析的,所以我们需要预处理一下,把表型数据添加进去。添加到fam文件的6,7,8...等等列。

    注意:样品名称的位置要一样。另外对于缺失值用NA或者-9。下图就是填上表型之后的图。如果有多个表型,可以一次填到后面的列,但是后面关联分析的时候利用-n指定用的是那个表型进行分析的。

    ===开始运行GEMMA===

    首先获得kinship矩阵,使用混合线性模型进行分析

    /gpfs03/home/jingjing/software/gemma/./gemma -bfile test -gk 2 -o kin

    其中:-gk 2 标准化的方法计算G矩阵

    然后再output文件夹下会生成kin.sXX.txt文件。

    下面进行关联分析:

    /gpfs03/home/jingjing/software/gemma/./gemma -bfile test -k kin.sXX.txt -lmm 1 -o yield

    其中:-k 读取G矩阵的文件  -lmm 1 使用Wald的方法进行SNP检验

    在output文件夹中的yield.assoc.txt中是最后运行的结果。

    其中:

    chr:SNP所在染色体号

    rs: SNP名称

    ps: SNP物理位置

    n_miss: SNP缺失个体数

    allele1: 次等位基因

    allele0: 主等位基因

    af:SNP频率

    beta: SNP效应值

    se: beta估计标准误

    l_remle: 计算该SNP效应时对应的lamda的remle估计值。

    p_wald :wald检验P值

    其中,我们最关心的三个结果是chr, ps, p_wald,我们可以借助这三个结果画曼哈顿图和QQ图。l_remle比较难理解,需要懂模型才知道它的含义,但对分析来说,不是很重要。

    所以我们提取其中的chr,ps,p_wald值进行画图。

    格式如下:

    然后在R中画图:

    library(qqman)

    png("manhattan.png")

    manhattan(data, col = c(1:26))

    png("QQ.png")

    qq(data$P)

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