macでインフォマティクス

macでインフォマティクス

NGS関連のインフォマティクス情報についてまとめています。

複数ゲノムへマッピングして、コンタミの可能性を探ったりフィルタリングを行う FastQ Screen

 DNAシーケンシング解析では、通常、リードはただ1つのリファレンスゲノムにマッピングされる。 しかしながら、起源となるゲノムの確認を必要とする場合、複数のゲノムに対するマッピングが必要である。 複数のゲノムに対するマッピングは、汚染を検出するため、または検出されないまま誤って実験的結論につながる可能性のあるサンプルスワップを特定するためにも推奨される。 ここでは、リファレンスゲノムパネルにマップされるリードの割合を定量化することによってDNAサンプルの起源を検証するツールであるFastQ Screenを提示する。 FastQ Screenは、品質管理手段として、またDNAの起源が不明であるか複数の情報源を持つサンプルを分析するために日常的に使用されることを想定して実装されている。

 

2018年10月3日現在、F1000Researchで査読中になっています。

https://f1000research.com/articles/7-1338/v1

 

FastQ Screenに関するツイート

  • HP

https://www.bioinformatics.babraham.ac.uk/projects/fastq_screen/

f:id:kazumaxneo:20180928222159p:plain

  • Documentation

https://www.bioinformatics.babraham.ac.uk/projects/fastq_screen/_build/html/index.html

  • 動画Tutorial

他にも3つ動画がある。

  

インストール

mac os10.12でテストした。

#Anaconda環境ならcondaで導入できる
conda install -c bioconda fastq-screen

> fastq_screen

$ fastq_screen 

    

FastQ Screen - Map sequences against multiple genomes

 

www.bioinformatics.babraham.ac.uk/projects/fastq_screen

Contact: steven.wingett@babraham.ac.uk

 

Synopsis

 

  fastq_screen [OPTIONS]... [FastQ FILE]...

 

Function

 

  FastQ Screen is intended to be used as part of a QC pipeline.

  It allows you to take a sequence dataset and search it

  against a set of bowtie databases.  It will then generate

  both a text and a graphical summary of the results to see if

  the sequence dataset contains the kind of sequences you expect.

 

Options

 

 --aligner <func>     Specify the aligner to use for the mapping. Valid 

                      arguments are 'bowtie', bowtie2' (default) or 'bwa'.  

                      Bowtie maps with parameters -k 2, Bowtie 2 with 

                      parameters -k 2 --very-fast-local and BWA with mem -a.  

                      Local aligners such as BWA or Bowtie2 will be better 

                      at detecting the origin of chimeric reads. 

 

 --bisulfite          Process bisulfite libraries. The path to the 

                      bisulfite aligner (Bismark) may be specified in the 

                      configuration file. Bismark runs in non-directional 

                      mode. Either conventional or bisulfite libraries may

                      be processed, but not both simultaneously. The 

                      --bisulfite option cannot be used in conjunction with 

                      --bwa.

 

 --bowtie <text>      Specify extra parameters to be passed to Bowtie. 

                      These parameters should be quoted to clearly 

                      delimit bowtie parameters from fastq_screen 

                      parameters. You should not try to use this option 

                      to override the normal search or reporting options 

                      for bowtie which are set automatically but it might 

                      be useful to allow reads to be trimmed before

                      alignment etc.

 

 --bowtie2 <text>     Specify extra parameters to be passed to Bowtie 2. 

                      These parameters should be quoted to clearly 

                      delimit Bowtie 2 parameters from FastQ Screen 

                      parameters. You should not try to use this option 

                      to override the normal search or reporting options 

                      for bowtie which are set automatically but it might 

                      be useful to allow reads to be trimmed before

                      alignment etc.  

 

 --bwa <text>         Specify extra parameters to be passed to BWA. 

                      These parameters should be quoted to clearly 

                      delimit BWA parameters from FastQ Screen 

                      parameters. You should not try to use this option 

                      to override the normal search or reporting options 

                      for BWA which are set automatically but it might 

                      be useful to allow reads to be trimmed before

                      alignment etc. 

 

 --conf <path>        Manually specify a location for the configuration.

 

 --filter <text>      Produce a FASTQ file containing reads mapping to 

                      specified genomes. Pass the argument a string of

                      characters (0, 1, 2, 3, -), in which each character 

                      corresponds to a reference genome (in the order the 

                      reference genome occurs in the configuration file).  

                      Below gives an explanation of each character.

                      0: Read does not map

                      1: Read maps uniquely

                      2: Read multi-maps

                      3: Read maps (one or more times)

                      4: Passes filter 0 or filter 1

                      5: Passes filter 0 or filter 2

                      -: Do not apply filter to this genome

 

                      Consider mapping to three genomes (A, B and C), the 

                      string '003' produces a file in which reads do not 

                      map to genomes A or B, but map (once or more) to 

                      genome C.  The string '--1' would generate a file in 

                      which reads uniquely map to genome C. Whether reads 

                      map to genome A or B would be ignored.

 

                      A read needs to pass all the genome filters to be

                      considered valid (unless --pass specified).

   

                      When --filter is used in conjuction with --tag, FASTQ

                      files shall be mapped, tagged and then filtered. If

                      the --tag option is not selected however, the input 

                      FASTQ file should have been previously tagged.

 

 --force              Do not terminate if output files already exist,

                      instead overwrite the files.

 

 --get_genomes        Download pre-indexed Bowtie2 genomes for a range of

                      commonly studied species and sequences.

 

 --help               Print program help and exit.

 

 --illumina1_3        Assume that the quality values are in encoded in

                      Illumina v1.3 format. Defaults to Sanger format

                      if this flag is not specified.

 

 --inverse            Inverts the --filter results i.e. reads that pass

                      the --filter parameter will not pass when 

                      --filter --inverse are specified together, and vice

                      versa.  

 

 --nohits             Writes to a file the sequences that did not map to 

                      any of the specified genomes. This option is 

                      equivalent to specifying --tag --filter 0000 (number

                      of zeros corresponds to the number of genomes

                      screened).  By default the whole input file will be

                      mapped, unless overridden by --subset.

 

 --outdir <text>      Specify a directory in which to save output files.

                      If no directory is specified then output files

                      are saved in the current working directory.

 

 --pass <int>         Used in conjunction with --filter. By default all

                      genome filters must be passed for a read to pass

                      the --filter option.  However, a minimum number 

                      of genome filters may be specified that a read

                      needs pass to be considered to pass the --filter

                      option. (--pass 1 effecitively acts as an OR

                      boolean operator for the genome filters.)  

 

 --quiet              Suppress all progress reports on stderr and only

                      report errors.

 

 --subset <int>       Don't use the whole sequence file, but create a 

                      temporary dataset of this specified number of 

                      reads. The dataset created will be of 

                      approximately (within a factor of 2) of this size. 

                      If the real dataset is smaller than twice the 

                      specified size then the whole dataset will be used. 

                      Subsets will be taken evenly from throughout the 

                      whole original dataset. By Default FastQ Screen 

                      runs with this parameter set to 100000. To process

                      an entire dataset however, adjust --subset to 0.

 

--tag                 Label each FASTQ read header with a tag listing to 

                      which genomes the read did, or did not align. The 

                      first read in the output FASTQ file will list the 

                      full genome names along with a score denoting 

                      whether the read did not align (0), aligned 

                      uniquely to the specified genome (1), or aligned 

                      more than once (2). In subsequent reads the 

                      genome names are omitted and only the score is 

                      printed, in the same order as the first line.

 

                      This option results in the he whole file being 

                      processed unless overridden explicitly by the user 

                      with the --subset parameter 

 

--threads <int>       Specify across how many threads bowtie will be

                      allowed to run. Overrides the default value set

                      in the configuration file

 

--top <int>/<int,int> Don't use the whole sequence file, but create a 

                      temporary dataset of the specified number of 

                      reads taken from the top of the original file. It is

                      also possible to specify the number of lines to skip

                      before beginning the selection e.g. 

                      --top 100000,5000000 skips the first five million 

                      reads and selects the subsequent one hundred thousand 

                      reads. While this option is usually faster than 

                      comparable --subset operations, it does not prevent 

                      biases arising from non-uniform distribution of 

                      reads in the original FastQ file. This option should 

                      only be used when minimising processing time is of 

                      highest priority. 

 

--version             Print the program version and exit.

 

2018 Babraham Institute, Cambridge, UK 

——

ランには、configurationファイルを必要とする。 configurationファイルにパラメータやマッパーのパスなどを記載して、fastq_screenのバイナリと同じディレクトリにセーブする。または"--conf"でconfigurationファイルのパスを指定する。

まずは、付属するfastq_screen.conf.exampleをfastq_screen.confにリネームする(fastq_screen.conf.exampleの場所はfindで検索して見つけてください, e.g, "find / -name fastq_screen.conf.example")。それからfastq_screen.confを開いて編集する。マッパー先頭のコメントアウト(#)を消し、パスを記載する。以下では3つのマッパーのパスを記載しているが、使用するマッパーだけでOK。

f:id:kazumaxneo:20181003193524p:plain

スレッドは8にした。

configurationファイル後半には使用するリファレンスを記載する。 

f:id:kazumaxneo:20181003194138p:plain

複数のリファレンスがあるなら、複数のリファレンスのパスを記載する。ここではEcoli.fastaとref2.fastaのパスを記載した。出力名はEcoliとbacteriaXXXとした。リファレンスのfastaは、所定のディレクトリに入れて、indexをつけておく(BWAがマッパーなら、前もって"bwa index ref.fasta"しておく)。

/data/genome/の状態。2つのref.faとそのindexファイルがある。

f:id:kazumaxneo:20181003202224p:plain

 

詳細は2つ目の動画を見てください。


 

実行方法

どのリファレンスにどのくらいマッピングされるか調べる。上で作成したconfigファイルに書かれたリファレンス にマッピングしている。

fastq_screen --aligner BWA sample1.fastq sample2.fastq

どのリファレンスにどれくらいマッピングされたのかグラフで示したレポート.htmlファイルとリポート.PNGファイルが出力される。 

.html

f:id:kazumaxneo:20181003203520p:plain

.PNG

f:id:kazumaxneo:20181003203641p:plain

 

マッピングを実行する。 

fastq_screen --tag sample1.fastq sample2.fastq

ヘッダーがリネームされ、 どのリファレンスにマッピングされたかリードのヘッダーに追加された.fastq.gzが出力される。

このfastqを使って、フィルタリングを実行する。

fastq_screen --filter 1000 sample1.tagged.fastq.gz

 --filter   Produce a FASTQ file containing reads mapping to specified genomes. Pass the argument a string of characters (0, 1, 2, 3, -), in which each character corresponds to a reference genome (in the order the reference genome occurs in the configuration file). Below gives an explanation of each character.
 0: Read does not map
 1: Read maps uniquely
 2: Read multi-maps
 3: Read maps (one or more times)
 4: Passes filter 0 or filter 1
 5: Passes filter 0 or filter 2
 -: Do not apply filter to this genome 

"--filter 1000"なら、ゲノム1にユニークにはマッピングされ、ゲノム2、3、4にはマッピングされないリードを抽出する。"--filter 030"なら、ゲノム2には1回以上マッピングされ、ゲノム1、3にはマッピングされないリードを抽出する。"--filter 555"なら"0 & 2"になるので、3ゲノムいずれにもユニークにマッピングされないか(0)、マッピングされてもユニークでない(2)リードだけ抽出される。

 

taggingとフィルタリングを同時実行する。例えばどのリファレンスにもマッピングされていないリードを抽出する。

fastq_screen --nohits sample1.fq.gz sample2.fq.gz

 例えば3ゲノムいずれにも完全ノーマップのリードを抽出するなら、"--filter 000"か "--nohits"

 

同じ名前のツールが他にもあるようです。ご注意ください。

引用

FastQ Screen: A tool for multi-genome mapping and quality control

Wingett SW, Andrews S

 [version 1; referees: 3 approved, 1 approved with reservations].

F1000Research 2018, 7:1338 (doi: 10.12688/f1000research.15931.1)