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15个分析 Skill · Codar 生信插件

网络与系统生物学 AI 分析

网络与系统生物学把单个基因的变化放到通路、模块和调控关系里理解,典型输入是差异基因列表、表达矩阵或时间序列数据。这个插件在 Codar 里覆盖通路与功能富集、GSEA 与样本级基因集评分、WGCNA 共表达网络、蛋白互作网络、基因调控网络推断、差异网络、网络药理学、SBML 建模和网络可视化。

网络与系统生物学能回答哪些研究问题

  • 这批差异基因主要富集在哪些通路和生物学过程?
  • 哪个共表达模块与临床性状最相关,枢纽基因是谁?
  • 差异蛋白之间构成怎样的互作网络,哪些是核心节点?
  • 哪些转录因子在调控这批基因的表达变化?
  • 某个中药成分可能通过哪些靶点和通路发挥作用?

网络与系统生物学分析流程

  1. 1

    明确输入和问题

    确定手上是基因列表、完整表达矩阵还是时间序列,这决定能用富集、共表达还是调控推断。

  2. 2

    数据预处理

    统一基因 ID,过滤低表达和低变异基因,检查离群样本;时序数据要确认时间点和重复。

  3. 3

    功能富集

    按输入类型选择过表达分析或 GSEA,必要时对每个样本计算通路评分,用于后续比较。

  4. 4

    构建网络

    做 WGCNA 模块、蛋白互作网络或调控网络推断,并比较不同条件下网络连接的变化。

  5. 5

    拓扑分析

    计算度、中介中心性等指标并做社区划分,识别枢纽节点和功能模块,再对模块做富集。

  6. 6

    可视化与汇报

    输出网络图、模块-性状热图、富集图、节点表和报告,附可复现脚本。

常用方法与怎么选

clusterProfiler、GSEA 与 GSVA

clusterProfiler 常用于 GO、KEGG 过表达分析,输入是差异基因列表;GSEA 使用全部基因排序,能发现整体小幅协同变化的通路;GSVA 和 ssGSEA 为每个样本算通路得分,便于分组比较或关联表型。

WGCNA

通过基因间相关性构建加权共表达网络并划分模块,再把模块特征基因与性状关联。软阈值通常按无标度拓扑拟合度选择,常用 0.8 左右作为参考。作者建议样本数不少于 15 个,样本过少时模块不稳定。

STRING 与 Cytoscape

STRING 汇总实验、共表达和文献挖掘等来源的蛋白互作,常用综合分数 0.4 或 0.7 作为中、高置信阈值。Cytoscape 用于网络展示和拓扑分析,MCODE、cytoHubba 等插件常用来找子网络和枢纽节点。

GENIE3、ARACNe 与 SCENIC

用于从表达数据推断基因调控关系。GENIE3 基于随机森林,ARACNe 基于互信息并剔除间接关联,SCENIC 在共表达基础上加入转录因子结合基序验证,常用于单细胞数据。推断出的调控边是统计关联,需要实验验证因果方向。

需要准备的数据

  • 差异基因或差异蛋白列表(带统计量)
  • 标准化后的表达矩阵
  • 样本性状表或临床信息
  • 时间序列实验的时间点信息
  • 网络药理学所需的化合物或靶点列表

能得到的结果

  • GO、KEGG 富集表和气泡图
  • GSEA 富集图与样本级通路得分矩阵
  • WGCNA 模块划分与模块-性状相关热图
  • 互作或调控网络图及枢纽节点表
  • 可导入 Cytoscape 的网络文件
  • 分析报告和可复现脚本

网络与系统生物学插件包含的分析能力

共 15 项。启用插件后,Codar 会按任务自动选用,不需要逐个记住名称。

  • GSEA与样本级基因集评分
  • WGCNA共表达网络
  • 微生物群落代谢网络
  • SBML生物网络建模
  • 网络药理学分析
  • 时序基因调控网络
  • 生物网络可视化
  • 差异调控网络
  • 生物网络拓扑与社区分析
  • 基因调控网络推断
  • 观察性组学因果驱动分析
  • 通路与功能富集分析
  • 蛋白质互作网络构建

nf-core 标准流程(2 个)

  • nf-core-bacmodel流程
  • nf-core-diseasemodulediscovery流程

在 Codar 里怎么用

  1. 1

    切换到生信模式

    在 Codar 左上角选择 Codar 生信。

  2. 2

    启用「网络与系统生物学」

    在插件页找到「网络与系统生物学」,安装或启用。

  3. 3

    描述研究问题

    用一句话写清数据和目标,确认分析方案后开始执行。

可以这样提问
帮我对这份表达矩阵做 WGCNA,找出与临床性状最相关的模块,并对模块基因做通路富集。

网络与系统生物学常见问题

GSEA 和 GO/KEGG 富集分析有什么区别?

GO/KEGG 过表达分析只看按阈值筛出来的差异基因,结果受阈值影响较大;GSEA 使用全部基因按差异程度的排序,不需要设阈值,能发现多数基因小幅同向变化的通路。差异基因很少或很多时,GSEA 往往更稳健,两者也可以结合报告。

WGCNA 需要多少样本?

WGCNA 作者在官方说明中建议样本数不少于 15 个,样本更多时模块更稳定。样本过少时,相关系数估计噪声大,模块划分容易随参数改变。样本有限时,可以考虑先做差异分析再用 GSEA 等方法补充,而不是强行构建共表达网络。

网络药理学的结果可靠吗?

网络药理学基于数据库中的成分、靶点和通路关系做预测,结果受数据库收录质量影响,靶点预测本身有较高假阳性。它适合用来提出假设和缩小验证范围,不能单独作为作用机制的证据,关键靶点通常需要分子对接或细胞、动物实验进一步验证。

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