让Single cell UMAP注释支棱起来

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最近在画UMAP的时候发现有的时候细胞亚群的注释与点重合颜色上不是很搭配，同事提出让注释“支棱”起来，首先想到的是ggforce中的geom_mark_ellipse，实践中遇到一些问题（比如，ggforce会受outlier影响，看起来比较乱），于是有了这一篇Single cell的记录。

ggforee

受outlier影响

尝试用ggforce注释

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library(dplyr)
library(Seurat)
library(SeuratData)
library(patchwork)
library(ggforce)
##InstallData("pbmc3k")
data("pbmc3k")

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points <- 
  data.frame(pbmc3k.final@reductions$umap@cell.embeddings, cluster=Idents(pbmc3k.final))
DimPlot(pbmc3k.final)   
  geom_mark_ellipse(data=points, aes(x=UMAP_1, y=UMAP_2, label=cluster, col=cluster),
                    inherit.aes = F)   
  NoLegend()

版本一

非常难看不是吗？因为有一些cluster（Naive CD4 T）存在异常值，ggforce中的函数会包含所有的点。所以应该将异常值去掉，这个方法有很多，我使用的是之前用到的置信椭圆的方法。

修改

思路如下：

• 对每一个cluster计算一个尽量小的置信椭圆
• 用置信椭圆上的点来画geom_mark_ellipse

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points <- 
  data.frame(pbmc3k.final@reductions$umap@cell.embeddings, cluster=Idents(pbmc3k.final))
## adapted from https://github.com/fawda123/ggord/blob/master/R/ggord.R
theta <- c(seq(-pi, pi, length = 50), seq(pi, -pi, length = 50))
circle <- cbind(cos(theta), sin(theta))
library(plyr)
aux <- function(x, one, two, prob=0.8) {
    if(nrow(x) <= 2) {
      return(NULL)
    }
    sigma <- var(cbind(x[,one], x[,two]))
    mu <- c(mean(x[,one]), mean(x[,two]))
    ed <- sqrt(qchisq(prob, df = 2))
    data.frame(sweep(circle %*% chol(sigma) * ed, 2, mu, FUN = ' '))
}
ell <- plyr::ddply(points, "cluster", aux, one="UMAP_1", two="UMAP_2")
DimPlot(pbmc3k.final)   
  geom_mark_ellipse(data=ell, aes(x=X1, y=X2, label=cluster, col=cluster),
                    inherit.aes = F)   
  NoLegend()

版本二

微调

下面就是进行一些微调，将椭圆缩小使注释指在亚群上更好的位置

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## 调整prob参数
ell <- plyr::ddply(points, "cluster", aux, one="UMAP_1", two="UMAP_2", prob=0.1)
DimPlot(pbmc3k.final)   
  geom_mark_ellipse(data=ell, aes(x=X1, y=X2, label=cluster, col=cluster),
                    inherit.aes = F)   
  NoLegend()

把椭圆隐藏

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DimPlot(pbmc3k.final)   
  geom_mark_ellipse(data=ell, aes(x=X1, y=X2, label=cluster, group=cluster),
                    color=NA,
                    inherit.aes = F)   
  NoLegend()

cell

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