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【干货】手把手教您绘制KEGG通路+热图:科研作图不再难!

2025-09-22


在阅读文献的时候,经常可以看到下方样式的图。此类图通过整合KEGG通路和通路里相关基因/蛋白/代谢物的表达情况,从而直观的表明实验机制,是讲好一个“故事”的重要手段。

示例图1(10.1016/j.envpol.2023.121340)

示例图2(10.1016/j.scitotenv.2023.161751)

示例图3(10.1016/j.scitotenv.2021.151075)

我们以第一个示例图为例子,结合文章,可以发现这个是谷胱甘肽代谢(Glutathione metabolism)的通路。在KEGG网站(https://www.kegg.jp/pathway/map00480)上可以看到这整个通路看起来是很复杂的,但是作者基于自己研究目的和分析结果,对这个通路进行简化(下方第2个图里标颜色的)。

在确定好通路的主干后,我们再来确认通路的组成情况。在KEGG通路图上(具体通路图解释可以参考下方图片,或KEGG数据库官网的help链接https://www.kegg.jp/kegg/document/help_pathway.html),圆圈代表代谢物,长方形代表酶(蛋白/基因),代谢物通常会写上名字,而酶写成EC编号。

了解通路图后,我们需要去找到方框里酶对应的基因都是哪些。

第一种

PARRT-01

我们直接在KEGG官网通路图里将鼠标放到方框上,可以看到对应的大K编号(①),然后再到我们表达量表(或者是差异表)里的KEGG注释列,检索对应的K号(②),就可以筛选出对应的所有基因(差异基因)。

第二种

PARRT-01

直接到我们富集分析结果的KEGG通路图里,将鼠标放到有着色的方框上,左上角能显示这个框对应的差异基因有哪些。

好了,现在需要的信息都获取到了,我们就可以开始画图了。可以使用一些矢量图绘制软件比如AI、PS,此外还有更简单的方法,就是用PPT去绘制。

步骤1

PARRT-01

我们用PPT的图形、箭头、文字工具,先绘制出基础框架;

步骤2

PARRT-01

基于找出来的基因表达量去绘制热图并整合到框架内;

A、首先我们从表达量和差异表出找出了通路图各个部分差异基因的FPKM表达量;

B.1.1、然后可以用我们热图小工具(https://www.genescloud.cn/chart/InteHeatMap)去绘制热图,上传找出基因的表达量表(样品或者是组内取均值)和分组文件分析,图表调整里配色可以选经典的红白蓝配色、选择不聚类,我们就得这些基因的热图;

B.1.2、参考示例,按照不同处理,分别创建2个矩形,线条可以填充为灰色(白色或其它颜色,也可以取消),矩形内部颜色可以吸取热图对应方框里的颜色,并用文字工具添加基因名称;

B.1.3、热图方框绘制完成后,可以添加热图图例。插入矩形框,线条选无,颜色选3色渐变(可以到热图的图表设置里点开颜色的+号,查看具体的配色;红白蓝3色渐变),再添加对应的数值文字;

B.1.4、绘制完成后,可以输出为PDF/图片。

B.2.1、有时候基因太多、样品太多,我们就可以直接基于excel去处理热图部分。首先在绘制热图的时候我们一般都需要对FPKM表达量进行标准化处理,通常来说是做z-score log2(FPKM+1)处理。在excel里,我们可以先用=LOG(B2+1,2)去做对数变换(因为FPKM有0值,所以会加上1,也可以加0.01、0.001;如果需要按组绘制的话,需要先算组内均值,再对数处理),再用=(B2-AVERAGE($B2:$J2))/STDEV.S($B2:$J2)去做z-score标准化;

备注:B2为需要计算的单元格,B2:J2为需要计算的单元格所在的整行数据,$为锁定单元格;AVERAGE为计算均值,STDEV.S为计算标准差;

B.2.2、通过excel的条件格式→色阶→其它规则→三色刻度→可以设置为红白蓝3色渐变(中间值为0,最大最小值可以基于数据填写或取整),对得到的z-score log2(FPKM+1)矩阵进行标注颜色;

B.2.3、然后我们可以选中数值单元格,设置单元格格式→自定义→输入“;;;”→确认,从而达到隐藏单元格数字的目的;调整单元格的宽度,得到需要的比例;

B.2.4、再将需要的基因颜色框选中,复制粘贴到PPT里,再写上基因名称,图例条,即可保存。

步骤3

PARRT-01

这样我们的通路+热图就完成了。通过改变选择的通路和热图的数据,可以绘制多种样式的图。例如:通路上的代谢物,也可以在KEGG文字上找到对应的结构式;热图数据可以是样品表达量标准化、组内取均值标准化、比较组log2fc值、比较组差异情况等。

完美!大家也来试一试吧!