如何基于新冠样本系统发育树生成Circos环形图？

方案1：R语言（ggtree + circlize） #

ggtree结合circlize可快速实现环形树+注释轨道的可视化，解决你之前用ggtree未出目标图的问题，核心是确保样本ID匹配并配置环形布局：

输入文件准备 #

• 系统发育树文件：IQ-TREE输出的.treefile（Newick格式）
• 样本注释表：sample_metadata.tsv，格式示例：

  sample_id	clades	lineage
  Sample_1	Clade_Alpha	B.1.1.7
  Sample_2	Clade_Delta	B.1.617.2
  ...
  

R脚本示例 #

# 首次运行需安装依赖包
install.packages(c("ggtree", "tidyverse", "circlize"))

# 加载包
library(ggtree)
library(tidyverse)
library(circlize)

# 读取树文件与注释数据
tree <- read.tree("your_tree.treefile")
metadata <- read_tsv("sample_metadata.tsv")

# 构建环形树并添加注释
p <- ggtree(tree, layout = "circular") +
  # 按clades标记叶节点颜色
  geom_tippoint(aes(color = clades), size = 3) +
  # 添加lineage标签（可根据拥挤程度调整offset和size）
  geom_tiplab(aes(label = lineage), size = 2, offset = 0.5) +
  # 自定义clades颜色
  scale_color_brewer(palette = "Set1") +
  # 调整布局显示
  theme_tree2() +
  theme(legend.position = "right")

# 输出PDF/PNG
ggsave("circular_phylogeny.pdf", p, width = 12, height = 12)
ggsave("circular_phylogeny.png", p, width = 12, height = 12, dpi = 300)

方案2：Python（ete3） #

ete3支持环形树绘制，可通过自定义TreeStyle添加注释轨道，适配Python工作流：

输入文件准备 #

同方案1，树文件与样本注释表。

Python脚本示例 #

from ete3 import Tree, TreeStyle, NodeStyle, CircleFace, AttrFace
import pandas as pd

# 读取树与注释数据
tree = Tree("your_tree.treefile")
metadata = pd.read_csv("sample_metadata.tsv", sep="\t")
meta_dict = metadata.set_index("sample_id").to_dict("index")

# 配置节点样式
ns = NodeStyle()
ns["size"] = 0  # 隐藏内部节点圆点

# 配置环形树形样式
ts = TreeStyle()
ts.mode = "c"  # 环形模式
ts.root_opening_factor = 1  # 环形开口大小
ts.show_leaf_name = False  # 关闭默认叶节点名称
ts.scale = 20  # 调整树缩放比例

# 为每个叶节点添加注释
for leaf in tree:
    sample_id = leaf.name
    clade = meta_dict[sample_id]["clades"]
    lineage = meta_dict[sample_id]["lineage"]
    
    # 添加clades颜色标记
    color_map = {"Clade_Alpha": "#E41A1C", "Clade_Delta": "#377EB8", "Clade_Omicron": "#4DAF4A"}
    circle_face = CircleFace(radius=5, color=color_map.get(clade, "#999999"), style="circle")
    leaf.add_face(circle_face, column=0, position="aligned")
    
    # 添加lineage标签
    text_face = AttrFace("name", fsize=8, textcolor="black")
    text_face.text = lineage
    leaf.add_face(text_face, column=1, position="aligned")

# 保存输出
tree.render("circular_phylogeny_ete3.pdf", tree_style=ts, w=1000, h=1000)
tree.render("circular_phylogeny_ete3.png", tree_style=ts, w=1000, h=1000, dpi=300)

方案3：直接使用Circos工具（Bash工作流） #

Circos是专业环形图工具，需将树转换为其可识别的格式，适合纯命令行环境：

步骤1：安装Circos #

# Ubuntu/Debian系统
sudo apt install circos
# 或通过conda安装
conda install -c bioconda circos newick2circos

步骤2：转换树为Circos链接文件 #

newick2circos -i your_tree.treefile -o tree_links.txt

步骤3：准备注释轨道文件 #

创建clades_track.txt：

chr - Sample_1 0 1 clade=Clade_Alpha
chr - Sample_2 0 1 clade=Clade_Delta
...

创建lineage_track.txt：

chr - Sample_1 0 1 lineage=B.1.1.7
chr - Sample_2 0 1 lineage=B.1.617.2
...

步骤4：编写Circos配置文件circos.conf #

<general>
outputdir = ./
file = circular_phylogeny_circos.pdf
</general>

<image>
angle_offset = -90
radius = 2500
background = white
</image>

<links>
<link>
file = tree_links.txt
color = black_a4
thickness = 2
</link>
</links>

<ideogram>
show_label = yes
label_font = condensed
label_radius = dims(image,radius) + 60p
label_size = 10p
</ideogram>

<plots>
<plot>
type = heatmap
file = clades_track.txt
r0 = dims(image,radius) + 100p
r1 = dims(image,radius) + 150p
color = Clade_Alpha:#E41A1C,Clade_Delta:#377EB8,Clade_Omicron:#4DAF4A
</plot>

<plot>
type = text
file = lineage_track.txt
r0 = dims(image,radius) + 160p
r1 = dims(image,radius) + 210p
label_field = lineage
size = 8p
color = black
</plot>
</plots>

步骤5：运行Circos #

circos -conf circos.conf

关键注意事项 #

• 确保样本ID在树文件和注释表中完全一致（大小写、空格需严格匹配）
• 若环形图拥挤，可调整布局参数（如R中的offset、Python中的scale、Circos中的radius）
• 可根据实际clades数量扩展颜色映射列表

内容的提问来源于stack exchange，提问作者Vinit24