如何使用R中的变量为无根树的分支着色

Question

我想从输入的单倍型数据生成无根的邻居加入树，然后根据变量为树的分支着色。 我正在使用包 Ape 和 ggtree。 单倍型和协变量（元数据）位于两个具有匹配样本名称的单独文件中。 我已经能够生成树木并通过变量为树木的尖端着色，但不能通过树枝。

使用模拟数据 -

# Packages
library('ggplot2')
library('ape')
library('phangorn')
library('dplyr')
library('ggtree')
library('phylobase')

# Generate haplotype dataframe
Sample <- c('Sample_A', 'Sample_B', 'Sample_C', 'Sample_D', 'Sample_E', 'Sample_F')
SNP_A <- c(0, 1, 1, 0, 1, 1)
SNP_B <- c(0, 1, 1, 0, 1, 1)
SNP_C <- c(0, 0, 1, 1, 1, 0)
SNP_D <- c(1, 1, 0, 0, 1, 0)
SNP_E <- c(0, 0, 1, 1, 0, 1)
SNP_F <- c(0, 0, 1, 1, 0, 1)
df = data.frame(Sample, SNP_A, SNP_B, SNP_C, SNP_D, SNP_E, SNP_F, row.names=c(1))
df

# Metadata
Factor_A <- c('a', 'a', 'b', 'c', 'a', 'b')
Factor_B <- c('d', 'e', 'd', 'd', 'e', 'd')
df2 = data.frame(Sample, Factor_A, Factor_B)
df2

# Generate Euclidian pairwise distance matrix
pdist = dist(as.matrix(df), method = "euclidean")

# Turn pairwise distance matrix into phylo via neighbour joining method
phylo_nj <- nj(pdist)

我可以在 Ape 中绘制树：

# Example tree plot using Ape
plot(unroot(phylo_nj),
     type="unrooted",
     cex=1,
     use.edge.length=TRUE,
     show.tip.label = TRUE,
     lab4ut="axial",
     edge.width=1.5)

我可以在 ggtree 中绘制树，通过颜色/形状将变量添加到尖端：

# Plotting in ggtree
mytree <- ggtree(phylo_nj, layout="equal_angle", size=0.5, linetype=1)
mytree

# Adding metadata variables to tree plot
mytree2 <- mytree %<+% df2 + geom_tippoint(aes(shape = Factor_A,
                                               colour = Factor_B),
                                               size = 9,
                                           alpha=0.7)
mytree2

但我不知道如何在 Ape 或 ggtree 中使分支由变量（而不是尖端）着色。我只想要终端分支的颜色，而不是树的所有线条。我的目标是显示两个（分类）变量 - 一个按分支颜色，一个按尖端的形状（或颜色）。我所追求的粗略版本如下图所示（Factor_A 由尖端形状编码（中性色如图所示），Factor_B 由分支颜色编码。

提前感谢您的帮助。

Answer 1

您可以在使用ape::plot.phylo 绘制树之后使用函数ape::edges 对特定边缘进行着色，方法是通过指定开始/结束节点使边缘着色。

## Colouring the first edge with a red dashed line
plot(unroot(phylo_nj), type = "unrooted")
edges(7, 8, col = "red", lty = 2)

或者您可以直接在ape::plot.phylo 函数中提供颜色向量：

## Making rainbow edges
plot(unroot(phylo_nj), type = "unrooted", edge.color = rainbow(9))

您可以使用 phylo 对象 (phylo_nj$edge) 中的边表找出要从数据框中着色的边。例如：

## Which labels have level "a"
labels_a <- df2$Factor_A %in% "a"

## Which edges connect to these labels?
edge_a <- phylo_nj$edge[,2] %in% match(phylo_nj$tip.label, df2$Sample[labels_a])

## Plotting the factors with the labels a coerced as numeric
plot(unroot(phylo_nj), type = "unrooted", edge.color = c("blue", "orange")[edge_a+1])

您当然可以按照此方法将其扩展到多个级别，以检测哪个边缘导致具有任何因子级别的提示。