如何绘制这般漂亮的KEGG通路图？

iPATH 3 （Interactive Pathways Explorer）是一个用于pathway maps分析、作图的交互式在线工具。简而言之，iPATH的主要功能是查找通路和绘制通路，除了可以自由调整图形元素的大小、粗细、颜色等，我个人觉得Time series功能也不错，可绘制出动态的通路图，便于分组数据的比较。

iPATH 3目前提供4张完整的总览图，如下，分别为新陈代谢（Metabolism）、次级代谢产物合成（Secondary metabolites）、抗生素合成（Antibiotics）和微生物代谢（Microbial metabolism）。

工具网址：

https://pathways.embl.de/

我这里先直接将这4张总览图展示出来，大家一起感受下。

嗯，图非常帅，那么这个工具怎么用呢？

界面介绍

iPath的用户界面主要由图形显示窗口和图形控制窗口两部分构成，如下图。点击窗口左上角的﹢、﹣号按钮，可对视图进行放大缩小，中间的按钮复原。当然，最简单的缩放方式是使用鼠标中间滚轮。点击Pathway maps可在4张maps间切换，右边的Search搜索框可用来搜索感兴趣的pathways、compounds、Enzymes等。

对于页面右侧的Controls窗口，点击Show advanced options按钮，可展开高级设置选项，主要用于设置图形元素的选择方式、大小、颜色等。

查找通路

通过输入“关键词”（如glucose）、化学分子、pathway等的“ID”（如map00030），可在当前选择的map中查找相关联的分子、通路等，查找结果会以表格的方式展示出来。比如我这里输入“phosphate”，会得到以下的结果：

点击图形中的结点或边，就能看到对应的分子、通路信息。点击表格的列名可以对表格按当前列排序，比如我这里点击Hits进行倒序排列。点击查到的每一条记录会在图上高亮显示，点击右侧的加号，会将该条记录的ID添加到CONTROLS窗口的Element selections输入框中，便于进一步个性化绘制目标通路。这里的Type包括Compounds、Pathways、Orthologous groups（OG）、Modules、Enzymes和Reactions六种类型。

此外，如果搜到的记录非常多，可在Filter输入框中再次添加关键词，进一步过滤查找结果，比如，我这里在Filter中输入“kinase”，结果中只保留Name字段中包含kinase（激酶）的条目。

绘制通路

iPATH本质上已将所有通路画好了，我们所做的其实只需突出展示感兴趣的目标通路（或分子）而已。其中，CONTROLS窗口是我们主要的绘图设置窗口，Element selections输入框是自定义图形元素的主要窗口。通过Element selections，我们可以指定图中突出展示哪些通路、分子，以及图形的颜色、大小（粗细）和透明度。

我这里在Element selections输入框输入以下内容（空格分隔）：

M00114 #fc8d1e W5 0.9map00030 #c48dff W5 0.9C00118 W10C00236 W8

这里的第1个字段（列）必须为通路、分子等的id，后面的3个字段（列）可省略（使用默认属性），且没有顺序要求。后面的3个字段主要用来设置图形元素的颜色（Color）、连线的粗细或结点的半径（Width）、图形的透明度（Opacity）。

Color:

可以使用16进制色号、RGB、CMYK色号，例如: #ff0000，RGB(255,0,0) ，CMYK(0,100,100,0) ；

Width:

以 W 为前缀后加数字，单位为px；

Opacity:

0~1之间的数值， 0 表示透明，1 表示不透明。

然后，点击Show advanced options，将Default color调为青色，Background color改为黑色，得到下图这样的效果，Selection match statistics 窗口展示匹配到的条数，点CSV可下载统计结果。

当然，最重要的还是要了解CONTROLS窗口中的这些选项，如下：

Default edge width：

1到30之间的值（以像素为单位），用于指定没有选中边的粗细；

Default node radius：

1到30之间的值（以像素为单位）；用于指定没有选中结点的大小；

Default opacity：

介于0到1之间的值，用于指定没有选中图形的透明度；

Keep original colors：

勾选时，map中的所有图形元素都将保持其初始颜色，而选中的图形元素除外；

Default color：

当未勾选“Keep original colors”时，此颜色将用于没有选中的部分；

Background color：

设置背景颜色；

Select whole pathways：

勾选时，会选中与单个边或结点关联的整个pathway；

Select whole modules：

勾选时，会选中与单个边或结点关联的整个KEGG模块；

Query reaction compounds：

当使用KEGG compound id时，勾选后将检查相关联的所有反应中是否存在这些化合物；

Species filter：

使用NCBI taxonomy ID 或KEGG 3 letter species code限定物种，如人的Taxon ID为9606、拟南芥的Taxon ID为3702，仅显示特定生物中存在的map，其余部分将以灰色显示；

Selection title：

填写了标题后，点Submit data时，所有设置被保存并出现在Saved selections窗口中。

除了展示个别感兴趣的分子、通路之外，如果想在通路图中展示所有的差异基因（分子）该如何操作呢？

其实只需拿到基因对应的KO id（大K号）即可，一般测序报告的基因注释总表都有。实在拿不到的话，可以使用OmicShare 的KEGG功能注释工具重新注释。

工具链接：

https://www.omicshare.com/tools/Home/Soft/kegg_anno

使用Excel将基因的KO id（必须为第1列）、连线的粗细/结点的半径（Width）以及色号整理成3列，如下，然后另存为制表符分隔的文本文件（txt）。

注意，宽度值前需要加上W，W后的数值可以不同，实现类似网络图那般连线粗细不一的效果。如果想设置透明度也再加1列。为了方便大家练习，本文用到的范例数据已上传到OmicShare 论坛上，感兴趣的小伙伴可以前去下载。

下载链接：

https://www.omicshare.com/forum/thread-6927-1-1.html

数据保存好后无需将制表符替换成空格，直接在CONTROLS窗口，点击Show advanced options，然后通过Upload selection file，上传刚才准备好的制表符分隔的文本文件，然后点击Submit data按钮即可完成绘制，效果如下。

我这里没有调整其他参数，Pathway maps选择Secondary metabolites，其他一切保持默认。为了突出显示指定基因所在的通路，这里的Default color为灰色，如果主要以电子版形式展示，也可以将背景颜色（Background color）改为黑色，这样更炫酷一些！

满意后，可以保存为矢量图形格式（比如常见的pdf和svg）以便于做进一步的后期处理。例如，想给部分pathway来个特写，可使用Adobe illustrator软件打开svg格式的矢量图，对感兴趣的区域创建剪贴蒙版。我这里推荐保存为svg格式，这样Ai更容易识别字体。

此外， iPath提供强大的pathway maps绘制和数据映射功能，支持各种类型的数据id（例如KEGG KOs、COGs 、EC numbers等，见下表），不过，注意使用时加上前缀。

表1iPath支持的id类型

最终绘制的效果如下：

当然，我们也可以将保存的多个map添加到时间轴窗口，方法如下图，设置每一帧画面持续的时间（单位秒），勾选Loop（循环）后，点下方的播放按钮即可实现播放动画。

结合其他录频软件即可生成短视频或动图，效果如下。

最后，我个人觉得ipath绘制的通路图和Cytoscape、Gephi等软件绘制的网络图类似，主要呈现出一种组学研究整体的、全局的描述，而不是具体的一两个基因。好啦，今天就分享到这里啦~