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「三代组装」Pacbio组装后如何用自身数据进行polish

「三代组装」Pacbio组装后如何用自身数据进行polish

作者: xuzhougeng | 来源:发表于2018-12-28 21:06 被阅读402次

    三代数据由于其高错误率(目前应该是10%左右), 即便在组装前有一步纠错环节,但是组装得到序列依旧存在着许多错误,因此需要进行polish环节。polish分为两个层次,三代原始序列polish和二代序列polish。其中三代纠错这一步速度会很慢,所以有些人会选择直接用二代序列进行纠错。(从我个人项目经验来看,直接用二代纠错的效果和先三代再二代区别并没有那么显著,也有可能是我的项目经验太少)。

    Pacbio专门开发了一套工具用于对初步组装的结果进行polish,减少基因组中的错误碱基,而nanopore组装结果一般会用minimap+racon。Pacbio目前有两个平台,RSII和Sequal,以及不断更新的测序试剂。目前最新的是sequal平台,本文针对的是sequal平台的组装结果。

    安装篇

    推荐用conda安装pacbio公司的工具全家桶,方便而且不容易出各种诡异的问题, 同时建议采用我的代码,专门为pacbio的工具集建一个环境

    #安装
    conda create -n pb-assembly pb-assembly
    # 启动
    conda activate pb-assembly
    

    使用篇

    主要分为两个步骤,比对和polish。 比对这一步用的是blasr,是目前三代比对软件中速度最慢,但是效果最好的工具,polish这一步分为两种情况考虑,对于RSII需要用quiver, 对于Sequal则是Arrow。

    假设你目前已经准备好了两类数据:

    • raw_assembly.fa, Falcon, Canu或者其他软件组装得到结果
    • input.info,里面每一行类似于xxx.subreads.bam, 是公司提供的subread数据。

    我写的运行脚本如下, 使用方法为"bash arrow_polish.sh raw_assembly.fa input.fofn`

    #!/bin/bash
    
    set -e
    set -o pipefail
    set -u
    
    REF=$1
    BAM=$2
    THREADS=100
    
    source activate pb-assembly
    
    if [ ! -f $REF.fai ]; then
        samtools faidx $REF
    fi
    
    if [ ! f aln.bam ];then
    pbalign \
        --tmpDir=./ --nproc=${THREADS} \
        --minAccuracy=0.75 --minLength=50 \
        --minAnchorSize=12 --maxDivergence=30 --concordant --algorithm=blasr \
        --algorithmOptions=--useQuality --maxHits=1 --hitPolicy=random --seed=1 \
        $BAM ${REF} aln.bam
    fi
    variantCaller --algorithm=arrow \
        -x 5 -X 120 -q 20 -j 24 \
        -r $REF aln.bam \
        -o cns.fasta -o cns.fastq || echo quvier failed
    

    通常这一步要迭代2~3次,第一次效果最好,后续依次递减。从BUSCO值看的话,Falcon组装结果polish后会比Canu有明显的提升,这主要是因为Canu的纠错一步效果好于Falcon.

    后续的二代polish,请阅读使用Pilon对基因组进行polish

    注意事项

    pbalign是一个流程工具,会用blasr比对,然后用samtools sort进行排序。排序时默认设置每个线程为4G, 所以在排序阶段用到的内存总量为 nproc x 4. 如果你的线程数设置很高,但是内存不怎么够的话,请修改/path/to/pb-assembly/lib/python2.7/site-packages/pbalign/bampostservice.py的里如下内容(/path/to 是你自己服务器上pb-assembly前面的文件路径)

    bampostservice.py

    如果程序在这步中断,可以复制报错信息中的代码,修改内存后运行,结束后用pbindex建立索引,最后重新运行脚本即可。

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