2021-03-12-GWAS操作笔记系列(二)

质控2-4:哈温平衡检验

Posted by DL on March 12, 2021

资料来源:公众号:育种数据分析之放飞自我


1.前言

1.1 什么是哈温平衡?

  哈迪-温伯格(Hardy-Weinberg)法则 哈迪-温伯格(Hardy-Weinberg)法则是群体遗传中最重要的原理,它解释了繁殖如何影响群体的基因和基因型频率。这个法则是用Hardy,G.H (英国数学家) 和Weinberg,W.(德国医生)两位学者的姓来命名的,他们于同一年(1908年)各自发现了这一法则。他们提出在一个不发生突变、迁移和选择的无限大的随机交配的群体中,基因频率和基因型频率将逐代保持不变。

1.2 怎么做哈温平衡检验?

  卡方适合性检验:一个群体是否符合这种状况,即达到了遗传平衡,也就是一对等位基因的3种基因型的比例分布符合公式:p2+2pq+q2=1,p+q=1,(p+q)2=1.基因型MM的频率为p2,NN的频率为q2,MN的频率为2pq。MN:MN:NN=P2:2pq:q2。MN这对基因在群体中达此状态,就是达到了遗传平衡。如果没有达到这个状态,就是一个遗传不平衡的群体。但随着群体中的随机交配,将会保持这个基因频率和基因型分布比例,而较易达到遗传平衡状态。应用Hardy-Weinberg遗传平衡吻合度检验方法,把计算得到的基因频率代入,计算基因型平衡频率,再乘以总人数,求得预期值(e)。把观察数(O)与预期值(e)作比较,进行χ2检验。病例组和对照组的基因型分布的观察值和预期值差异无显著性(P>0.05),符合遗传平衡定律。

1.3 哈温平衡过滤和MAF过滤的区别?

  这两个概念一个是对基因频率进行的筛选,一个是对基因型频率进行的筛选。对于一个位点“AA AT TT”,其中A的频率为基因频率,AA为基因型频率。MAF直接是对基因频率进行筛选,而哈温平衡检验,则是根据基因型推断出理想的(AA,AT,TT)的分布,然后和实际观察的进行适合性检验,然后得到P值,根据P值进行筛选。即P值越小,说明该位点越不符合哈温平衡。

1.4 哈温平衡过滤的两个目的:

  • 计算所有位点的哈温检测结果
  • 删除SNP中不符合哈温平衡的位点

2.计算所有位点的HWE的P值

plink --bfile HapMap_3_r3_8 --hardy

plink.hwe的数据格式:

  • CHR:染色体
  • SNP:SNP的ID
  • TEST:类型
  • A1:minor 位点
  • A2:major 位点
  • GENO:基因型分布(A1A1, A1A2, A2A2)
  • O(HET):观测杂合度频率
  • E(HET):期望杂合度频率
  • P:哈温平衡的卡方检验P-value值

结果预览:

6lQLVO.png


3.提取哈温p值小于0.0001的位点

awk '{if($9 < 0.0001) print $0}' plink.hwe >plinkzoomhwe.hwe

  共有123个位点,其中UNAFF为45个位点。


4.设定过滤标准1e-4

plink --bfile HapMap_3_r3_8 --hwe 1e-4 --make-bed --out HapMap_3_r3_9

日志:

61Rtun.png

  可以看到,共有45个SNP根据哈温的P值过滤掉了,和上面手动计算的一样。


5.可视化

hwe<-read.table (file="plink.hwe", header=TRUE)
pdf("histhwe.pdf")
hist(hwe[,9],main="Histogram HWE")
dev.off()

hwe_zoom<-read.table (file="plinkzoomhwe.hwe", header=TRUE)
pdf("histhwe_below_theshold.pdf")
hist(hwe_zoom[,9],ma

哈温的P值直方图:

61RwNT.png

过滤掉SNP位点的P值:

61RsgJ.png

过滤后的结果文件:

61RgD1.png