如何快速下载GEO数据并获取其表达矩阵与临床信息 | 附完整代码 + 注释

GEO数据库可以说是大家使用频率贼高的数据库啦!那它里面的数据怎么下载大家知道嘛!今天给大家展示一种快速获取它的表达矩阵和临床信息的方法!

话不多说!咱们直接开始!

GEO编号获取

在GEO数据库中,你找到了你需要的数据,接下来怎么办嘞!下载它!处理它!

比如,咱们今天需要的数据是这个:

GEO编号这不就有咯!咱们开始下载!噢对,提前吱一声,芯片数据和非芯片数据进行ID转换的时候方法不太一样,大家要注意噢!我今天会都给大家演示一下!

GEO数据库今天咱就不介绍了哈!我后面再专门出一期超级详细地介绍它!迫切的小伙伴可以在后台或群里催我哈哈哈哈哈哈哈哈!

另外注意:不是所有的GEO数据集都可以使用这种方法下载。不过通常来说,大部分的GEO数据集都可以通过getGEO函数进行下载,但也有一些例外情况,特别是单细胞数据[无奈脸]!多数情况下,应该是数据集可能不是以类似的格式存储,或者有的作者上传格式不对等等,所以就需要找其他办法或者手动下载啦!

建议就是先试试这种方法,要是里面是空的,就去手动或者其他!

数据下载

芯片数据

#################### GEO数据下载及表达矩阵与临床信息获取 #######################

# 加载包,没有安装的记得安装一下哟!
library(tidyverse)
library(GEOquery)
library(tinyarray)

# 芯片数据

# GEO编号,替换成你自己的就好啦!
geo_number = "GSE66360"

# 这一步啊,看运气!网络时好时坏,是个玄学!一次不行不要慌!咱多跑几次!总会成功的!
geo_data <- getGEO(geo_number, destdir = './', getGPL = F) # 自己设置想保存的路径
geo_data0 <- geo_data[[1]]

数据长这样!

# 提取表达矩阵
exp <- exprs(geo_data0)
dim(exp)
# [1] 54675    99

exp[1:4, 1:4]
#           GSM1620819 GSM1620820 GSM1620821 GSM1620822
# 1007_s_at   5.866378   4.948736   5.148384   5.064419
# 1053_at     8.225790   7.525865   7.764637   7.198461
# 117_at      6.179732   6.628137   5.859151   5.974135
# 121_at      6.179478   6.582889   6.602135   6.545905

# 可以看到这里还是探针ID,咱们后给它面转换为基因symbol!

# 可以自行判断是否需要log
exp <- log2(exp + 0.01)

# 接下来我们进行ID转换

# 探针注释获取
gpl_number <- geo_data0@annotation
ids <- AnnoProbe::idmap(gpl_number)
head(ids)
#         probe_id symbol
# 193731   1053_at   RFC2
# 193732    117_at  HSPA6
# 193733    121_at   PAX8
# 193734 1255_g_at GUCA1A
# 193735   1316_at   THRA
# 193736   1320_at PTPN21

# ID转换
exp <- as.data.frame(exp)
exp$probe_id <- rownames(exp)
exp <- inner_join(ids, exp, by = "probe_id")
exp <- exp[!duplicated(exp$symbol), ] # 关于重复基因去重的问题,咱们后面专门出一期介绍!这里先用最大道至简的方法!
rownames(exp) <- exp$symbol
exp <- exp[ , -c(1,2)]
head(exp)[1:4, 1:4]
#        GSM1620819 GSM1620820 GSM1620821 GSM1620822
# RFC2     3.041907   2.913773   2.958775   2.849691
# HSPA6    2.629877   2.730778   2.553152   2.581143
# PAX8     2.629818   2.720911   2.725116   2.712795
# GUCA1A   1.486482   1.436010   1.373053   1.444733

# 提取临床信息
cli <- pData(geo_data0)
head(cli)[1:4, 1:6]
#                               title geo_accession                status submission_date last_update_date type
# GSM1620819 Muse_1_DISCOVERY_Control    GSM1620819 Public on Feb 28 2015     Feb 27 2015      Feb 28 2015  RNA
# GSM1620820 Muse_2_DISCOVERY_Control    GSM1620820 Public on Feb 28 2015     Feb 27 2015      Feb 28 2015  RNA
# GSM1620821 Muse_3_DISCOVERY_Control    GSM1620821 Public on Feb 28 2015     Feb 27 2015      Feb 28 2015  RNA
# GSM1620822 Muse_4_DISCOVERY_Control    GSM1620822 Public on Feb 28 2015     Feb 27 2015      Feb 28 2015  RNA

# 为了后续分析,咱还可以给它进一步调整,使表达矩阵列名和临床信息的行名完全一致
p <- identical(rownames(cli), colnames(exp))
p
# [1] TRUE

# 噢啦!

# 噢不!还没结束!那万一不是芯片数据怎么办呢!咱们再演示一个!

非芯片数据

# 非芯片数据

# 比如这个GEO数据集
geo_number = "GSE16561"

# 这一步啊,看运气!网络时好时坏,是个玄学!一次不行不要慌!咱多跑几次!总会成功的!
geo_data <- getGEO(geo_number, destdir = './', getGPL = F)
geo_data0 <- geo_data[[1]]

# 提取表达矩阵
exp <- exprs(geo_data0)
dim(exp)
# [1] 54675    99

exp[1:4, 1:4]
#                GSM416528  GSM416529  GSM416530   GSM416531
# ILMN_1343291  0.22550488  0.7348099  0.7431908  0.63261986
# ILMN_1651209 -0.03326082  0.5184302  0.5990343  0.25144434
# ILMN_1651228 -0.20895290 -0.9036322 -0.3511963 -0.06179523
# ILMN_1651229  0.18835354  0.3693209  0.3938241  0.14767408

# # 可以自行判断是否需要log
# exp <- log2(exp + 1)

# 大家可以看到这玩意儿不是探针,那咱们怎么办呢!

接下来我们进行非芯片数据的ID转换!

在你的GEO数据集的主页,可以看见下面这个红框框的地方!这里代表测序平台(咱们后面会在超详细介绍GEO数据库的时候给大家进行介绍这部分内容),直接点进去就好!

长这样!别急!往下滑滑!

哎对!就是这里!点红框框的地方!下载下来!

来!咱们继续看看怎么搞!

# 文件下载地址:https://www.ncbi.nlm.nih.gov/geo/query/acc.cgi?acc=GPL6883
ids <- data.table::fread("./GPL6883-11606.txt")

# ID转换
exp <- as.data.frame(exp)
exp$ID <- rownames(exp)
ids <- ids[ , c(1,12)] # 注意:这里选择的是与表达矩阵行名相匹配的列和基因symbol列
exp <- inner_join(ids, exp, by = "ID")
exp <- exp[!duplicated(exp$Symbol), ]
exp <- as.data.frame(exp)
rownames(exp) <- exp$Symbol
exp <- exp[ , -c(1,2)]
head(exp)[1:4 ,1:4]
#              GSM416528  GSM416529   GSM416530  GSM416531
# JMJD1A    -0.401840200 -0.2110777 -0.42790460 -0.4261866
# NCOA3      0.296299930 -0.3155098 -0.01228809  0.5331011
# LOC389834 -0.001213074  0.5300436  0.55930424  0.2009177
# SPIRE2     0.127047540  0.5759945  0.45181800  0.4050984

# 噢啦!

# 老步骤!

# 提取临床信息
cli <- pData(geo_data0)
head(cli)[1:4, 1:6]
#                    title geo_accession                status submission_date last_update_date type
# GSM416528 3100083_Stroke     GSM416528 Public on Jun 01 2010     Jun 11 2009      Jun 11 2009  RNA
# GSM416529 3100191_Stroke     GSM416529 Public on Jun 01 2010     Jun 11 2009      Jun 11 2009  RNA
# GSM416530 3100068_Stroke     GSM416530 Public on Jun 01 2010     Jun 11 2009      Jun 11 2009  RNA
# GSM416531 3100060_Stroke     GSM416531 Public on Jun 01 2010     Jun 11 2009      Jun 11 2009  RNA

# 为了后续分析,咱还可以给它进一步调整,使表达矩阵列名和临床信息的行名完全一致
p <- identical(rownames(cli), colnames(exp))
p
# [1] TRUE

这回是真的噢啦!

一般使用GEO数据库很可能是多个数据集合并使用,那这个时候,由于数据来源不一样,肯定会有批次效应存在,那大家一定要记得进行批次处理噢!有兴趣的小伙伴们可以查看:数据挖掘 | 批次效应的鉴定与处理 | 附完整代码 + 注释 | 看完不会来揍我

在获取表达矩阵和临床信息后,我们还可以进行生存分析:看完不会来揍我 | 生存分析详解 | 从基础概念到生存曲线绘制 | 代码注释 + 结果解读

还有差异分析:看完还不会来揍/找我 | 差异分析三巨头 —— DESeq2、edgeR 和 limma 包 | 附完整代码 + 注释

还有富集分析:看完还不会来揍我 | GSEA富集分析详解(一)—— 代码实操 | MSigDB数据库介绍 | 附完整代码 + 注释

哎呀,还有好多好多!大家需要什么,都可以随时搜索!像这样:

暂时还没有的,也可以催更我!!!

文末碎碎念

那今天的分享就到这里啦!我们下期再见哟!

最后顺便给自己推荐一下嘿嘿嘿!

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