Yuki MATSUDA – Rで系統樹を扱う

Rで系統樹を扱う

進化生物学の研究において、系統樹を扱う機会は多い。

ここでは、Rで系統樹を可視化する際に便利な ggtree の使い方を紹介する。

必要なパッケージのインストール

ape をCRANから、ggtree を bioconductor からインストールする。

install.packages("ape")
library(ape)

if (!require("BiocManager", quietly = TRUE))
  install.packages("BiocManager")
BiocManager::install("ggtree")
library(ggtree)

newickフォーマットとR (ape) におけるオブジェクト

R標準の `plot()` でも可視化はできる

set.seed(1)               # シードを設定
tr = ape::rtree(n = 10)   # 系統樹を生成
plot(tr)                  # 可視化

`ggtree` で系統樹を可視化する

基本的な使い方は ggplot() と同じで、 + を使って指示を重ねていく。

set.seed(1)                    # シードを設定
tr = ape::rtree(n = 10)        # 系統樹を生成
ggtree::ggtree(tr)             # 枝のみ描画
# geom_tiplab() +              # tip(先端)のラベルを表示
# geom_nodelab(aes(label = node), hjust = -0.2, node = "internal")   # 内部ノードを表示

`ggtree` で系統樹を可視化する

基本的な使い方は ggplot() と同じで、 + を使って指示を重ねていく。

set.seed(1)                    # シードを設定
tr = ape::rtree(n = 10)        # 系統樹を生成
ggtree::ggtree(tr)             # 枝のみ描画
  geom_tiplab()                # tip(先端)のラベルを表示
# geom_nodelab(aes(label = node), hjust = -0.2, node = "internal")   # 内部ノードを表示

`ggtree` で系統樹を可視化する

基本的な使い方は ggplot() と同じで、 + を使って指示を重ねていく。

set.seed(1)                    # シードを設定
tr = ape::rtree(n = 10)        # 系統樹を生成
ggtree::ggtree(tr)             # 枝のみ描画
  geom_tiplab() +              # tip(先端)のラベルを表示
  geom_nodelab(aes(label = node), hjust = -0.2, node = "internal")   # 内部ノードを表示

系統樹の形状も様々に変えることができる

set.seed(1)                    # シードを設定
tr = ape::rtree(n = 10)        # 系統樹を生成
ggtree::ggtree(tr, layout = "rectangular")  # デフォルト
ggtree::ggtree(tr, layout = "circular")
ggtree::ggtree(tr, layout = "dendrogram")
ggtree::ggtree(tr, layout = "slanted")
ggtree::ggtree(tr, layout = "ellipse")
ggtree::ggtree(tr, layout = "roundrect")
ggtree::ggtree(tr, layout = "inward_circular")
ggtree::ggtree(tr, layout = "radial")
ggtree::ggtree(tr, layout = "ape")
ggtree::ggtree(tr, layout = "fan", open.angle = 120)
ggtree::ggtree(tr, layout = "equal_angle")
ggtree::ggtree(tr, layout = "daylight")
ggtree::ggtree(tr, layout = "rectangular", branch.length = 'none')
ggtree::ggtree(tr, layout = 'circular', branch.length = 'none')
ggtree::ggtree(tr, layout = "dendrogram", branch.length = 'none')

それぞれの形状は次ページへ

系統樹の形状も様々に変えることができる

系統樹のあしらい

線のデザインを変えたり、nodeやtipにしるしを付けたりすることができる。

set.seed(1)                    # シードを設定
tr = ape::rtree(n = 7)         # 系統樹を生成

## 線の色、太さ、種類を変える
ggtree::ggtree(tr, color = "darkorange", size = 2, linetype = "dotted")

## nodeにしるしをつける
ggtree::ggtree(tr) + geom_nodepoint(color = "#009E73", alpha = 0.5, size = 5)

## tipに印をつける
ggtree::ggtree(tr) + geom_tippoint(color = "#0072B2", shape = 16, size = 5)

系統樹のあしらい｜特定のtipやnodeを目立たせる

set.seed(1)                    # シードを設定
tr = ape::rtree(n = 10)        # 系統樹を生成

## node18を目立たせる
ggtree::ggtree(tr) +
  geom_point2(aes(subset=(node==18)), color = "#009E73", alpha = 0.5, size = 5)

## node4とnode5を目立たせる
ggtree::ggtree(tr) +
  geom_point2(aes(subset=(node %in% c(4, 5))), color = "#0072B2", shape = 17, size = 5)

系統樹のあしらい｜特定のクレードを目立たせる

groupOTU や groupClade を使ってクレードをグルーピングする。

set.seed(1)                    # シードを設定
tr = ape::rtree(n = 10)        # 系統樹を生成

## tipで指定
tr2 = ggtree::groupOTU(tr, .node = c("t6","t9","t10"))

## nodeで指定
tr3 = ggtree::groupClade(tr, .node = 13)

系統樹のあしらい｜特定のクレードを目立たせる

複数のグルーピングも可能。

set.seed(1)
tr = ape::rtree(n = 10) |>
  ggtree::groupClade(c(17, 18))
ggtree::ggtree(tr, aes(color = group)) +
  geom_tiplab() +
  geom_nodelab(aes(label = node), hjust = -0.2, node = "internal") +
  scale_color_manual(values=c("#444444", "#009E73", "#0072B2", ))

系統樹のあしらい｜特定のクレードを目立たせる

他にもいくつか方法がある。

ラベルをつける方法:

ggtree::ggtree(tr) +
  geom_tiplab() +
  geom_nodelab(aes(label = node), hjust = -0.2, node = "internal") +
  geom_cladelabel(node=17, label="Clade A", color="#009E73", offset=-0.5, align=TRUE) +
  geom_cladelabel(node=18, label="Clade B", color="#E69F00", offset=-0.5, align=TRUE)

塗りつぶす方法:

ggtree::ggtree(tr) +
  geom_tiplab() +
  geom_nodelab(aes(label = node), hjust = -0.2, node = "internal") +
  geom_hilight(node=17, fill="#009E73", alpha=.2, extend=.2) +
  geom_hilight(node=18, fill="#E69F00", alpha=.2, extend=.2)