gromacs使用PCA绘制能量景观图

之前看到文献中有能量景观图，非常羡慕，而且感觉很高大上，等自己真正体会了主成分分析以后就比较释然了，但是若本身不是做模拟的，用来放一张图在支撑材料我感觉还是非常的好。

示例图如下:

比对结构

Tip:

之前一直卡在后面计算时间很长，后来才发现是未进行蛋白比对的缘故，若没有进行蛋白比对（即蛋白不乱动），请先蛋白比对一下，命令如下:

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gmx trjconv -f md.xtc -s  md.tpr -fit rot+trans -o mdfit.xtc

生成协方差

首先我们需要使用gromacs covar来生成协方差矩阵并计算本征向量和本征值:

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gmx covar -s md.gro -f mdfit.xtc -o eigenvalues.xvg -v eigenvectors.trr -xpma covapic.xpm

运行后会询问选择哪些原子范围做比对，选择C-alpha，之后会询问选择哪些原子范围做PCA，选择C-alpha或者其他均可。

最后会生成协方差的图形。但是这个最好在bio3d中，效果更佳，如下图所示:

蓝色表示正相关，红色表示负相关，只需要看分界线的一面即可。

投影本征向量

若需要看PC1和PC2的投影，可以执行:

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gmx anaeig -f mdfit.xtc -s md.gro -v eigenvectors.trr -first 1 -last 2 -2d 2d.xvg

同样bio3d上面可能好看那么一丢丢:

但是这样的缺点就是会丢失时间系数，所以我们只能一个PC一个PC的倒出:

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gmx anaeig -f mdfit.xtc -s md.gro -v eigenvectors.trr -last 1 -proj pc1.xvg

gmx anaeig -f mdfit.xtc -s md.gro -v eigenvectors.trr -frist 2 -last 2 -proj pc2.xvg

当然也可以写在一条里面。

再用perl脚本进行合并:

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perl sham.pl -i1 pc1.xvg -i2 pc2.xvg -data 1 -data2 1 -o gsham_input.xvg

再使用sham工具计算Gibbs自由能：

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gmx sham -f gsham_input.xvg -ls FES.xpm

生成的FES.xpm文件可以在linux系统下直接查看，但是不美观，我们可以使用脚本转换为文本文件用其他软件做图:

[注意该脚本为python2版本]

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python2.7 xpm2txt.py -f FES.xpm -o free-energy-landscape.txt

最后可以进行绘图，我是使用的matplotlib[注意我这里用的python3版本]:

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# -*- coding:utf-8 -*-
#导包
import pandas as pd
import matplotlib.pyplot as plt
import numpy as np

# 读取文件
data=pd.read_csv('free-energy-landscape.txt',sep='\t',header=None)

fesvalue=np.array(data[2])
# 因为默认为32*32=1024,所以把其整为32*32格点，横纵坐标可抛弃，因为都是依次的，而且意义不大。
plotvalue=np.reshape(fesvalue,(32,-1))

# 绘图
plt.figure(figsize=(8,8))
plt.imshow(plotvalue,cmap='jet',interpolation='bilinear')
plt.xticks([],[])
plt.yticks([],[])
plt.xlabel('PC1',fontsize=16)
plt.ylabel('PC2',fontsize=16)
#plt.show()
plt.savefig('fes.png',dpi=600)

由于文章未发表，所以盗取sob老师的一张图，大致也差不太多:

参考资料: