三代基因组拼接软件--Falcon篇

Posted 2020-10-04 RandomRand

Falcon是PacBio开发的一款用于三代基因组devono拼接软件，该软件支持PBS,SLURM,SGE,TORQE, LSF作业调度系统。大体的工作原理是将长reads分隔成指定大小模块，这些模块彼此间再相互比对，进行自我纠错以及查找重叠信息，然后再用De Bruijn算法进一步拼接生成contigs。

 

原理简介：

1.Raw sub-reads overlapping for error correction（构建进行错误矫正的重叠信息)

 具体先由fasta2DB与DBsplit对原始reads进行建库分割，分割大小有参数可控，可见下文参数解析，再HPC.daligner生成多个job数的shell脚本放在run_jobs.sh里，接着再根据设定的job_type类型，即根据作业调度系统或者单一节点模式，PBS，SGE通过qsub，SLURM用sbatch将这些job投到相应的计算节点上去，再由每个rj开头的shell脚本对之前分割好的模块进行daligner比对生成相应的.las,再由LAchek，LAsort，LAmerge进行检查，排序，合并。

2.Pre-assembly and error correction (预组装与错误矫正)

 通过LA4Falcon将之前合并好的.las文件转成falcon识别的格式，再通过管道传递给fc_consensus进行预组装与错误矫正，最后生成fasta文件，所生成的fasta文件数应该与0_rawreads/preads/下的cns开头的文件夹数相同，最后的这些preads将被用于下面的组装。

3.overlapping detection of the error corrected reads （错误矫正后的重叠信息群的构建）

     与1相似也是通过fasta2DB与DBsplit对矫正过的reads进行建库分割，也是由HPC.daligner生成一个所有jobs数的集合脚本run_jobs.sh,再根据设定的job_type以及参数投放到节点上，再由daligner,LAcheck,LAsort,LAmerge进行比对，查找，排序，合并。

4.Overlap filtering(重叠信息过滤)

    过虑主要是为了减少计算以及后续拼接的复杂度，过虑的情况主要有：如果其中的一条reads跟一条完全一样就不能提供额外信息，故过滤之；序列两端的重叠信息冗余，不需要太多的重叠信息就可推断出重叠关系的；有些重复区域的会造成覆盖度较高，这些重复区域不能提供额外信息故可通过参数顾虑一些，但在覆盖度偏低的地方，又会造错误率过高，所以也可通过参数过滤掉低覆盖度（fc_ovlp_filter完成的）。

5.Constructing graph from overlap (通过重叠信息构图)

利用fc_ovlp_filter过滤后生成的pread.ovl构建一系列的图信息，边的信息存放在sg_edges_list,然后再进一步连接成unitigs存放在utg_data中，再根据unitigs构建contig图存放在ctg_path中。

6.Constructing contig from graph (通过图信息构建 contigs)

根据图信息以及序列构建contigs。

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三、输入参数解析：主要在fc_run.cfg文件中

[General]

（Falcon支持LOCAL，SLURM，PBS，SGE，TORQUE，LSF等工作类型，需要结合计算机资源以及拼接数据的大小来选择，这里介绍local，slurm与pbs的配置参数）

#job_type=local

#job_type=SLURM

job_type=PBS

input_fofn = input.fofn

#input_fofn = preads.fofn

 

input_type = raw（指定输入数据类型）

#input_type = preads

 

# The length cutoff used for seed reads used for initial mapping

length_cutoff = 10000 用于错误矫正的序列的最低长度

 

#The length cutoff used for seed reads used for pre-assembly

length_cutoff_pr = 10000用于预组装的序列的最低长度

 

#the job of queue

jobqueue = yourqueue

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#THE CONFIGURE OF LOCAL

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#sge_option_da = -pe smp 8 -q %(jobqueue)s【stage-0】

#sge_option_la = -pe smp 2 -q %(jobqueue)s【stage-0】

#sge_option_cns = -pe smp 8 -q %(jobqueue)s【stage-0】

#sge_option_pda = -pe smp 6 -q %(jobqueue)s【stage-1】

#sge_option_pla = -pe smp 2 -q %(jobqueue)s【stage-1】

#sge_option_fc = -pe smp 8 -q %(jobqueue)s [stage-2]

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#        THE CONFIGURE OF PBS

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sge_option_da = -l nodes=1:ppn=12 -q %(jobqueue)s

sge_option_la = -l nodes=1:ppn=12 -q %(jobqueue)s

sge_option_pda = -l nodes=1:ppn=12 -q %(jobqueue)s

sge_option_pla = -l nodes=1:ppn=12 -q %(jobqueue)s

sge_option_fc = -l nodes=1:ppn=12 -q %(jobqueue)s

sge_option_cns = -l nodes=1:ppn=12 -q %(jobqueue)s

(这是PBS作业调度系统sge_option参数的参考配置信息，具体可以根据集群资源进行设置。)

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pa_concurrent_jobs = 20

ovlp_concurrent_jobs = 20

cns_concurrent_jobs = 20

(提交的任务的并发数,根据计算资源来确定)

 

pa_DBsplit_option = -x500 -s200

ovlp_DBsplit_option = -x500 -s200

（-s分割数据块的大小即block的大小，越大需要的内存越大，每个模块间相互比对的时间也越长）

 

pa_HPCdaligner_option = -v -B10 -t16 -e.70 -l1000 -s1000 -T12

-B与jobs总数有关对内存影响不大，e取值范围【0.7,1】raw read设低点。-T线程数

 

ovlp_HPCdaligner_option = -v -B10 -t32 -h60 -e.96 -l500 -s1000 -T12

（参考上面的pa_HPCdaligner_option，e值此时为矫正过的可设高点）

 

falcon_sense_option = --output_muti --min_idt 0.70 --min_cov 4 --max_n_read 200 --n_core 12

（--min_idt 用于装配拼接的序列间比对的最低相似度，--min_cov 种子序列的最低覆盖度，--max_n_read用于错误矫正的最高的read数）

 

overlap_filter_setting = --max_diff 100 --max_cov 100 --min_cov 20 --bestn 12 --n_core 24

（--max_diff序列两端覆盖度的最大差异，--max_cov序列两端的最大覆盖度--minx_cov序列两端的最小覆盖度，--bestn 默认为12，--n_core线程数）

fc_ovlp_to_graph_option = --min_len (length_cutoff_pr,default4000) --min_idt(default 96)

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四、运行：

fc_run.py fc_run.cfg

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五，参考信息：

https://github.com/PacificBiosciences/FALCON/wiki/Manual

链接地址：http://blog.sciencenet.cn/blog-3255195-1015620.html