基因组分析软件(一)FastK的安装与使用

FastK介绍

仓库地址:thegenemyers/FASTK: A fast K-mer counter for high-fidelity shotgun datasets (github.com)

FastK 是一款高效的软件,用于从测序数据中计数 k-mer。它旨在实现快速、可扩展和内存高效,使其成为处理大型测序数据集的热门选择。FastK 专注于准确的 k-mer 计数,并为高级分析提供多种选择。

  1. 主要特点:
  • 快速 k-mer 计数:FastK 经过优化,可在大型测序数据集中快速计数 k-mer,使其适用于高通量测序项目。
  • 低内存使用率:它采用高效的算法和数据结构来最大限度地减少内存消耗,允许用户在标准硬件上处理大型基因组。
  • 支持大 k-mer:虽然许多 k-mer 计数器仅限于较小的 k 值(例如,k ≤ 31),但 FastK 支持大 k-mer,这通常需要用于分析复杂或高度重复的基因组。
  • 纠错:该软件可以通过分析低频 k-mer 来识别测序错误,并可用于在组装或其他下游分析之前纠正错误。
  • 可扩展性:FastK 具有高度可扩展性,可用于小型基因组和大型复杂基因组(例如,植物或动物基因组)。
  • 压缩:它支持压缩 k-mer 数据,从而降低了大型数据集的存储要求。
  • 多线程支持:FastK 利用多核处理器加速 k-mer 计数,使其在现代计算架构上更快。
  1. 工作流程:
  • 数据输入:FastK 将原始测序读数(FASTQ 格式)作为输入。
  • K-mer 计数:它可以有效地计算数据集中所有 k-mer 的出现次数,并报告每个唯一 k-mer 的频率。
  • 纠错和过滤:或者,FastK 可以过滤掉低频 k-mer(通常对应于测序错误)或在错误的 k-mer 影响下游分析之前纠正它们。
  • 输出:FastK 生成一个 k-mer 直方图,可用于基因组组装、纠错或使用 Genome Scope 等工具进行进一步分析。
    FastK 在处理速度和内存效率都是关键因素的大型测序数据集时特别有用。它通常与其他基因组组装或分析工具结合使用。

FastK的下载与安装

  1. conda安装
    Fastk | Anaconda.org(非官方来源)
conda install bioconda::fastk

可能会报错,或者提示环境冲突,我没有成功过。

  1. 从源码编译
git clone https://github.com/thegenemyers/FASTK.git
cd FASTK
make

编译过程中可能会报错,提示一些环境缺失。

sudo apt-get install libbz2-dev #安装bzlib.h(Bzip2开发库)
sudo apt-get install liblzma-dev #安装liblzma(XZ压缩库开发库)
sudo apt-get install libcurl4-openssl-dev #安装libcurl开发库

安装完后,再重新编译

make clean 
make

这之后在文件目录里面就可以打开FastK,可以添加到环境变量中,当然也可以不添加。

FastK的使用

  1. FastK
Usage: FastK [-k<int(40)>] [-t[<int(1)>]] [-p[:<table>[.ktab]]] [-c] [-bc<int>]
             [-v] [-N<path_name>] [-P<dir(/tmp)>] [-M<int(12)>] [-T<int(4)>]
                 <source>[.cram|.[bs]am|.db|.dam|.f[ast][aq][.gz] ...

    -v: 详细模式,进程中输出统计信息
    -T: 使用-T个线程
    -N: 使用指定路径作为输出目录并将其作为根名的前缀
    -P: 将块级排序结果放入目录-P中
    -M: 在KMcount的后续排序步骤中使用-M GB内存
  
    -k: k-mer大小
    -t: 生成排序的k-mer表及计数,≥指定的阈值
    -p: 生成序列计数概况(如果给定表格则依据表格生成)
    -bc: 忽略每个读段的给定长度前缀(例如条形码)
    -c: 对每个序列进行同聚物压缩

  1. Histex
Usage: Histex [-1] [-kAG] [-h[<int(1)>:]<int(-G?1000:100)>] <source_root>[.hist]

    -h: 输出在给定范围内计数的直方图
    -k: 输出k-mer实例计数的直方图(与唯一k-mers比较)
    -A: 以简单的制表符分隔的ASCII格式输出
    -G: 输出适用于GeneScope.FK的ASCII格式直方图
    -1: 以1-code格式输出

  1. 例如:
/home/ProgramFiles/FASTK/FastK -T12 -k31 C_heu.R1.clean.fastq C_heu.R2.clean.fastq
/home/ProgramFiles/FASTK/Histex C_heu.R1.clean.hist > data.hist

后续可使用Genome Scope2.0等软件进行分析。

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