ゲノムの反復配列を分析する一般的な方法は、ドットプロットによって可視化された配列類似性マトリックスを作成することである。StainedGlassのような革新的なアプローチは、ドットプロットを配列同一性のヒートマップとしてレンダリングすることにより、この古典的な可視化を改良し、研究者がセントロメアやゲノムの他のヘテロクロマティック領域内のマルチメガベースタンデムリピート配列をより良く可視化できるようにした。しかし、ヒートマップの類似度推定を行うには、高い計算オーバーヘッドが必要であり、精度が低下する可能性がある。本研究では、アライメントを必要としないインタラクティブなドットプロットビューアModDotPlotを紹介する。ModDotPlotは、k-merベースの封じ込めインデックスにより平均的なヌクレオチドの同一性を近似することで、StainedGlassよりも何桁も速く正確なプロットを作成する。本著者らは、シロイヌナズナの128Mbpの全ゲノムをラップトップで5分以内に可視化できる階層的モディマイザースキームを使用することにより、これを達成した。ModDotPlotはPythonで実装され、染色体全体のリアルタイム対話的ナビゲーションをサポートするグラフィカルユーザーインターフェースを持つ。ModDotPlotはhttps://github.com/marbl/ModDotPlotから利用できる。
I'll be presenting Mod.Plot, a fast and fully interactive dot plot viewer, today at the @RECOMBseq poster session! https://t.co/lJ8wPFA5DW
— Alex Sweeten (@alexsweeten) 2023年4月14日
レポジトリより
ModDotPlotは、StainedGlassに似た新しいドットプロット可視化ツールである。ModDotPlotは、modimizers を利用して、ゲノムのペアワイズコンビネーション間のContainment Indexを計算し、その平均ヌクレオチド同一性を高速に近似する。これにより、これらのプロットを作成するのに必要な計算時間が大幅に短縮され、リアルタイムで表示することを達成している。
インストール
M1 macでテストした（Rosetta2エミュレーション下）。
https://github.com/marbl/ModDotPlot
git clone https://github.com/marbl/ModDotPlot.git
cd ModDotPlot
python -m venv venv
source venv/bin/activate
python -m pip install .
> moddotplot -h
__ __ _ _____ _ _____ _ _
| \/ | | | | __ \ | | | __ \| | | |
| \ / | ___ __| | | | | | ___ | |_ | |__) | | ___ | |_
| |\/| |/ _ \ / _` | | | | |/ _ \| __| | ___/| |/ _ \| __|
| | | | (_) | (_| | | |__| | (_) | |_ | | | | (_) | |_
|_| |_|\___/ \__,_| |_____/ \___/ \__| |_| |_|\___/ \__|
v0.8.1
usage: moddotplot [-h] {interactive,static} ...
ModDotPlot: Visualization of Complex Repeat Structures
positional arguments:
{interactive,static} Choose mode: interactive or static
interactive Interactive mode commands
static Static mode commands
options:
-h, --help show this help message and exit
> moddotplot interactive -h
__ __ _ _____ _ _____ _ _
| \/ | | | | __ \ | | | __ \| | | |
| \ / | ___ __| | | | | | ___ | |_ | |__) | | ___ | |_
| |\/| |/ _ \ / _` | | | | |/ _ \| __| | ___/| |/ _ \| __|
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v0.8.1
usage: moddotplot interactive [-h] (-f FASTA [FASTA ...] | -l LOAD) [-k KMER] [-m MODIMIZER] [-r RESOLUTION] [-w WINDOW] [-id IDENTITY] [-d DELTA] [-o OUTPUT_DIR] [--compare | --compare-only] [-s] [--port PORT] [--ambiguous] [-q] [--no-plot]
options:
-h, --help show this help message and exit
-f FASTA [FASTA ...], --fasta FASTA [FASTA ...]
Path to input fasta file(s).
-l LOAD, --load LOAD Load previously computed hierarchical matrices.
-k KMER, --kmer KMER k-mer length.
-m MODIMIZER, --modimizer MODIMIZER
Modimizer sketch size. A lower value will reduce the number of modimizers, but will increase performance. Must be less than window length `-w`.
-r RESOLUTION, --resolution RESOLUTION
Dotplot resolution, or the number of intervals to compare against.
-w WINDOW, --window WINDOW
Window size, or the length in genomic coordinates of each interval. Default is set to (genome length)/(resolution)
-id IDENTITY, --identity IDENTITY
Identity cutoff threshold.
-d DELTA, --delta DELTA
Fraction of neighboring partition to include in identity estimation. Must be between 0 and 1, use > 0.5 is not recommended.
-o OUTPUT_DIR, --output-dir OUTPUT_DIR
Directory name for saving matrices and coordinate logs. Defaults to working directory.
--compare Create a dotplot for each pairwise combination of input sequences (in addition to self-identity plots).
--compare-only Create a dotplot for each pairwise combination of input sequences (skips self-identity plots).
-s, --save Save hierarchical matrices to file.
--port PORT Port number for launching interactive mode on localhost. Only used in interactive mode.
--ambiguous Preserve diagonal when handling strings of ambiguous homopolymers (eg. long runs of N's).
-q, --quick Launch a quick, non-interactive version of interactive mode.
--no-plot Prevent launching dash after saving. Must be used in combination with --save.
実行方法
インタラクティブモードとStaticモードがある。
1、インタラクティブモード
モードの指定後、fastaファイルを指定する。
#インタラクティブ
moddotplot interactive -f input.fasta
- interactive Interactive mode commands
- static Static mode commands
-
-f Fasta files to input. Multifasta files are accepted. Interactive mode will only support a maximum of two sequences at a time.
-
-o Name of output directory for bed file & plots. Default is current working directory.
-
--port Port to display ModDotPlot on. Default is 8050, this can be changed to any accepted port.
実行すると、計算が終わるまでしばらく時間がかかる。計算が終わるとマシンのlocalhost上でDashアプリケーションが起動する。ウェブブラウザを開き、http://127.0.0.1:
（Dash が使用するデフォルトのポート番号は 8050で、 --portオプションを使ってカスタマイズできる）。
plotly のプロットは、ズーム（虫眼鏡）とパン（手）のアイコンを使って拡大と移動ができる。
リセットするには、ダブルクリックするかホームボタンをクリックする。
同一性（Identity）の閾値は右側のスライダーで変更できる。厳しくした。
２，Staticモード
moddotplot static -f input.fasta
計算が終わると染色体ごとにdot plotが出力される。
３，2つの配列間の比較
（マニュアルより）ModDotPlotは、入力配列のペア毎の組み合わせについて、a対bスタイルのドットプロットを作成することができる（注；interactiveモードでは最大2つの配列まで可能）。 self-identity plotの作成をスキップしたい場合は、-compare-onlyを使用する。
#a対bスタイルのドットプロットを作成
moddotplot interactive -f chr14_segment.fa chr21_segment.fa --compare
#a対bスタイルのドットプロットを作成、self-identity plotの作成はスキップ
moddotplot interactive -f chr14_segment.fa chr21_segment.fa --compare-only
-
--compare If set when 2 or more sequences are input into ModDotPlot, this will show an a vs. b style plot, in addition to a self-identity plot. Note that interactive mode currently only supports a maximum of two sequences. If more than two sequences are input, only the first two will be shown.
-
--compare-only If set when 2 or more sequences are input into ModDotPlot, this will show an a vs. b style plot, without showing self-identity plots
インタラクティブモードで --compare を実行すると、ドロップダウンメニューが表示され、自己同一性プロットとペアワイズプロットを切り替えることができる。
４，サーバーで実行した時
（マニュアルより）HPC環境でインタラクティブモードを実行するには、ポートフォワーディングを使用する。まずリモートのサーバーにアクセスして、通常通りModDotPlotを実行する。次にローカルマシンでポート転送トンネルをセットアップする。
moddotplot interactive -f in.fasta --port 8050
ssh -N -f -L <LOCAL_PORT_NUMBER>:127.0.0.1:8050 HPC@LOGIN.CREDENTIALS
#例
ssh -N -f -L 8050:127.0.0.1:8050 kazuamx@xxx.xxx.x.xxx
- --port Port to display ModDotPlot on. Default is 8050, this can be changed to any accepted port.
これでhttp://127.0.0.1:
例
chromeでアクセスした。
その他
- ModDotPlotをstaticプロットで実行する場合（特に極端にカスタマイズされたプロットを作成する場合）、設定ファイルを使用することが推奨される。JSON形式の設定ファイルはコマンドライン引数と同じ構文を受け付ける。
- 論文にStainedGlassと比較したベンチマークがある。CPU時間はStainedGlassより2桁以上短く、メモリ使用量もStainedGlassより1/10以下になっている。
引用
ModDotPlot—Rapid and interactive visualization of complex repeats
Alexander P. Sweeten, Michael C. Schatz, Adam M. Phillippy
bioRixv, Posted April 19, 2024.
追記
ModDotPlot—rapid and interactive visualization of tandem repeats
Alexander P Sweeten, Michael C Schatz, Adam M Phillippy
Bioinformatics, Volume 40, Issue 8, August 2024
コメント
昔一度紹介してますが、プレプリントが出て使い方も変わっているので再度紹介しました。
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