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关键词：Genome Size Estimation; Kmer

一.Kmer评估法简介

假如有一批二代或三代基因组测序数据，计算基因组覆盖深度：
base_coverage_depth = Total_base_num/genome_size=(read_num * read_length)/genome_size
同样，Kmer覆盖深度，即Kmer频率曲线中的峰值，可计算：
Kmer_coverage_depth= Total_kmer_num/genome_size = read_num * (read_length - kmer_size + 1)/genome_size
基因组覆盖深度和Kmer深度的关系：
Kmer_coverage_depth = base_coverage_depth * (read_length - Kmer_size + 1)/read_length
如果基因组深度为50X，read_length = 100,Kmer_size = 21,则Kmer深度：
Kmer_coverage_depth = 50 * （100 -21 + 1）/100，刚好是Kmer分布图中的peak。

kmer峰值图可以看到基因组覆盖度

Capture.png

多态性（polymorphism）：由于多倍体物种的杂合性，即同源染色体上的相同位置的碱基差异，SNV等，同导致Kmer分布图出现亚峰（sub-peak）。如果主峰是50，多态性导致Kmer频率减半，亚峰则会在100左右。

image.png

二.软件评估

1.jellyfish

#对Kmer计数，使用fastq/fasta文件均可
# -s是预估哈希表的大小，即G+G*c*e*k。G是Genome Size；c是coverage；e是测序错误率（illumina为1%）；k是kmer大小
# 输入只能的未压缩的文件，如若输入压缩文件，会报错：terminate called after throwing an instance of 'std::runtime_error'
$ jellyfish count -m 16 -s 100M -t 24 -o mer_counts -c 7 input.fastq
$ jellyfish histo -f mer_counts >mer_counts.histo

对于结果的可视化，在github上找到了相应工具
https://github.com/josephryan/estimate_genome_size.pl

$ jellyplot.pl mer_counts.histo
# use find_valleys.pl to help pinpoint the actual peak
find_valleys.pl mer_counts.histo
# estimate the size and coverage
estimate_genome_size.pl --kmer=31 --peak=42 --fastq=reads1.fastq.gz reads2.fastq.gz

2.KmerFreq_AR（SOAPdenovo2工具包）

# 用90G和全部数据测试
$ KmerFreq_AR -k 17 -t 8 -q 33 -p soapec_90g -b 90000000000 reads.list >KmerFreq_90g.log 2>KmerFreq_90g.error
$ KmerFreq_AR -k 17 -t 8 -q 33 -p soapec_all reads.list >KmerFreq_all.log 2>KmerFreq_all.error
# 评估结果在soapec_90g.genome_estimate，soapec_all.genome_estimate文件中 

3.kmergenie

可通过设置kmer最小值（-l），最大值(-k)及间隔kmer大小（-s）去设置多个kmer，结果可生成多个kmer评估频谱及可视化pdf文件

$ kmergenie reads.list --diploid -k 121 -l 19 -s 6 -o histograms.hiseq >histograms.hiseq.log 2>histograms.hiseq.err

我这段代码测试了Kmer 19之121，但是结果是19还准，25还行，之后的都不靠谱了。随着Kmer值增大，峰值会左移，再逐渐没有峰值。kmer还是17-25之间更靠谱。

4.ALLPATHSLG