筆記 GWAS 操作流程4-5:LM模型+數值+因子+PCA協變量

飛哥感言:

從開始介紹plink做GWAS數據的質控,到構建模型,到定義協變量,已經灌了很多水,這篇是plink做GWAS的結尾,因爲plink做GWAS只有兩個模型可以用:GLM和logistic,前者分析數量性狀,後者分析二分類性狀。而現在GWAS更多使用LMM模型,這個模型plink沒法做,以後幾篇介紹GEMMA的操作方法。

1. 協變量文件整理

第一列爲FID
第二列爲ID
第三列以後爲協變量(注意,只能是數字,不能是字符!)

這裏協變量文件爲:

[dengfei@ny 03_linear_cov]$ head cov.txt 
1061 1061 F 3
1062 1062 M 3
1063 1063 F 3
1064 1064 F 3
1065 1065 F 3
1066 1066 F 3
1067 1067 F 3
1068 1068 M 3
1069 1069 M 3
1070 1070 M 3

  • 這裏,首先將F換爲1,M換爲2,將其轉化爲連續變量(數字)
  • 然後,將世代變爲虛擬變量
  • 最後,將兩個協變量整合到一起
sed 's/F/1/g' cov.txt >cov2.txt
sed -i 's/M/2/g' cov2.txt 

2. 使用plink的dummy coding轉化爲虛擬變量

plink --file b --covar cov2.txt --write-covar --dummy-coding

結果生成:

plink.cov

3. 使用plink獲得pca結果

plink --file b --pca 3 

結果文件:

4. 將pca結果和協變量結果合併

sed '1d' plink.cov >a.txt
head a.txt 
awk '{print $3,$4,$5}' plink.eigenvec >pca.txt
head a.txt 
wc -l pca.txt a.txt 
paste a.txt pca.txt >pca_cov.txt

合併後的協變量:

5 進行協變量GWAS分析LM模型

代碼:

plink --file b --pheno phe.txt --allow-no-sex --linear --covar pca_cov.txt   --out re

日誌:

PLINK v1.90b5.3 64-bit (21 Feb 2018)           www.cog-genomics.org/plink/1.9/
(C) 2005-2018 Shaun Purcell, Christopher Chang   GNU General Public License v3
Logging to re.log.
Options in effect:
  --allow-no-sex
  --covar pca_cov.txt
  --file b
  --linear
  --out re
  --pheno phe.txt

515199 MB RAM detected; reserving 257599 MB for main workspace.
.ped scan complete (for binary autoconversion).
Performing single-pass .bed write (10000 variants, 1500 people).
--file: re-temporary.bed + re-temporary.bim + re-temporary.fam written.
10000 variants loaded from .bim file.
1500 people (0 males, 0 females, 1500 ambiguous) loaded from .fam.
Ambiguous sex IDs written to re.nosex .
1500 phenotype values present after --pheno.
Using 1 thread (no multithreaded calculations invoked).
--covar: 6 covariates loaded.
Before main variant filters, 1500 founders and 0 nonfounders present.
Calculating allele frequencies... done.
10000 variants and 1500 people pass filters and QC.
Phenotype data is quantitative.
Writing linear model association results to re.assoc.linear ... done.

有日誌可知,共有六個協變量加入了分析中。

結果文件:
re.assoc.linear

結果預覽:

4. 使用R語言進行結果比較lm+factor+pca

library(data.table)
geno = fread("c.raw")
geno[1:10,1:10]
phe = fread("phe.txt")
plink = fread("pca_cov.txt",header=F,sep=" ")
head(plink)
dd = data.frame(phe = phe$V3,cov1 = plink$V3,cov2 = plink$V4,cov3=plink$V5,pca1 = plink$V6,pca2 = plink$V7,pca3 = plink$V8,geno[,7:20])
head(dd)
mod_M7 = lm(phe ~ cov1+cov2+cov3+pca1+pca2+pca3 + M7_1,data=dd);summary(mod_M7)



M7加上因子協變量結果:

結果完全一樣。

5. 結論

plink中一般線性模型(LM),linear可以支持數值協變量,因子協變量(經過轉化),pca等等,這些過程都可以通過R語言的lm函數復現結果。

6. 一般線性模型可以用plink做,那麼混合線性模型怎麼做?gemma!

gemma也可以做一般線性模型,也可以做混合線性模型。plink只可以做一般線性模型,gemma可以利用plink的數據格式做一般線性模型和混合線性模型,這就很厲害了。

遺憾:gemma只有linux版本,所以後面的分析在linux系統下。

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