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提问|如何批量统计区间测序覆盖度?

提问|如何批量统计区间测序覆盖度?

作者: Steven潘 | 来源:发表于2019-08-10 17:08 被阅读0次

    项目背景

    对bam文件按多种自定义的划窗来统计区间的测序覆盖度。

    我的需求

    对于同一个bam文件,根据不同分割条件产生的多个bed文件,循环批量计算测序覆盖度。

    比如,输入为一个排序后的bam文件(case.sort.bam),以及对基因组进行不同方式的自定义分箱而产生的多个bed文件(100M.bed, 50M_10M.bed, 20M_5M.bed),希望对bed文件做循环批量得到不同分箱条件下同一个bam文件的自定义区间reads数统计。

    准备工作

    # 使用bedtools对基因组染色体坐标进行窗口划分
    # -w定义窗口长度  -s定义划窗步长
    bedtools  makewindows -g sizes.genome  -w  100000000 > 100M.bed
    bedtools  makewindows -g sizes.genome  -w  50000000 -s 10000000 > 50M_10M.bed
    bedtools  makewindows -g sizes.genome  -w  20000000 -s 5000000  > 20M_5M.bed
    
    # bam文件已构建索引
    samtools index xxx.sort.bam
    

    bedtools coverage循环时出现问题

    # 循环时只有一个样本可以成功产生结果
    cat window_list.txt|while read window;do (nohup bedtools coverage -a $window.bed -b $sample.sort.bam > $sample.$window.counts.txt.tmp &) ;done
    # 产生三个结果文件,其中两个文件大小为0,里面没有内容
    -rw-rw-r-- 1 xpan xpan    0 Aug 10 15:31 case.50M_10M.counts.txt.tmp
    -rw-rw-r-- 1 xpan xpan    0 Aug 10 15:31 case.20M_5M.counts.txt.tmp
    -rw-rw-r-- 1 xpan xpan 2.3K Aug 10 15:32 case.100M.counts.txt.tmp
    # nohup.out中没有报错
    

    我的尝试

    # 不循环时是正常的
    window=50M_10M
    sample=case
    bedtools coverage -a $window.bed -b $sample.sort.bam > $sample.$window.counts.txt 
    # 产生结果:
    -rw-rw-r-- 1 xpan xpan  18K Aug 10 11:50 case.50M_10M.counts.txt
    
    # 单独测试nohup & 语句,也是正常的
    nohup bedtools coverage -a $window.bed -b $sample.sort.bam > $sample.$window.counts.txt.tmp &
    # 产生结果:
    -rw-rw-r-- 1 xpan xpan  18K Aug 10 16:52 case.50M_10M.counts.txt.tmp
    # 把每个样本的各种分箱方式都单独运行了一遍,全部都能产生正常结果
    

    为什么单独运行时正常,循环时却只有一个结果正常呢?

    换用samtools bedcov后成功了

    # 换用samtools bedcov再尝试同样的操作
    samtools bedcov $window.bed $sample.sort.bam > $sample.$window.counts.txt.tmp1
    # 产生结果:-rw-rw-r-- 1 xpan xpan 1.3K Aug 10 15:47 case.100M.counts.txt.tmp1
    # 加上循环
    cat window_list.txt|while read window;do (nohup samtools bedcov $window.bed $sample.sort.bam > $sample.$window.counts.txt.tmp1 &) ;done
    # 产生三个结果都正常:
    -rw-rw-r-- 1 xpan xpan 1.3K Aug 10 15:57  case.100M.counts.txt.tmp1
    -rw-rw-r-- 1 xpan xpan  20K Aug 10 15:57  case.20M_5M.counts.txt.tmp1
    -rw-rw-r-- 1 xpan xpan  11K Aug 10 15:57  case.50M_10M.counts.txt.tmp1
    

    samtools与bedtools产生不同结果

    # samtools bedcov产生的结果只有区间内的reads数,而且和bedtools coverage计算的结果出入还不小
    # samtools bedcov结果取前三行展示:
    chr1    0   100000000   22300197
    chr1    100000000   200000000   22302389
    chr1    200000000   248956422   11554278
    
    # bedtools coverage结果取前三行展示:
    chr1    0   100000000   182139  5952928 100000000   0.0595293
    chr1    100000000   200000000   180032  5266467 100000000   0.0526647
    chr1    200000000   248956422   94232   3098065 48956422    0.0632821
    

    samtools bedcovbedtools coverage 计算得到的结果差异非常大!

    查了一下之后发现,samtools bedcov的算法是把区间内每个碱基的测序深度加起来,而bedtools coverage直接计算区间内的reads数(见https://www.biostars.org/p/195497/),两者适用于不同的需求。

    那么,我的需求基本被解决了,因为两种算法都能够表现测序深度,除以区间长度就得到了平均覆盖率。我的最终目的是比较每个区间的测序深度的相对大小,找到平均覆盖率显著增大的区间。

    延伸思考

    但是如果我还是想知道开头的那个问题:对同一个样本用不同的分箱方式批量计算区间内的reads数,该怎么实现呢?

    另外,bedtools coverage 和 samtools bedcov 这两个工具都不能选择线程数,也不能选择-O输出,用起来略有些不舒服。所以,还有其他更合适的工具推荐吗?

    补充说明

    有朋友说用bedtools multicov就可以解决问题,那是误解我的需求了。bedtools multicov可以解决多个bam文件+一个bed文件情况下的批量运行问题,但是我的问题是一个bam文件+多个bed文件情况下如何批量运行?

    由于我的shell脚本能力还不太过关,自己调试花了大半天也没有找到问题原因,所以发出来请大家一起看看(当众处刑hhh)

    期待有大神能给我提示(感激~)

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