重测序分析(2)原始数据的质控和过滤

fastq数据格式

第一行:描述信息(包括表头、芯片 ID、第几个通道、识别碱基)
第二行:读取碱基
第三行:+
第四行:碱基质量分数,每个字符对应第二行相应位置碱基或氨基酸的质量,该字符可以按一定规则转换为碱基质量得分,碱基质量得分可以反映该碱基的错误率。(phred 33)


FASTQ Format (Illumina example)

质控和过滤

我们拿到公司的测序原始数据之后首先做数据的质控过滤(有些公司会提供已经做完质控和过滤的数据),常用的软件包括fastp、fastqc。

fastqc

采用FastQC([http://www.bioinformatics.babraham.ac.uk/projects/fastqc])对数据进行质量控制。得到网页版的质量报告,再使用trim_galore去除质量低的和接头序列,trim_galore可以指定接头序列也可以自主查询,还可以通过--length设定长度的阈值,小于该阈值的序列会被扔掉。

fastqc -t R1.fq.gz R2.fq.gz #双端测序,-t表示线程数
trim_galore -q 20  -o ./  --fastqc --paired -j 2 R1.fastq.gz R2.fastq.gz
#--paired表示双端测序,-q 20表示去除Phred分数低于20的序列,-o表示输出(这里指输出到当前目录下),-j表示线程数,--fastqc表示清洗之后再交给fastqc做质控

FastQC结果解读

fastqc结果报告

我们主要关注如下几点

单碱基质量分布图

横坐标是reads碱基位置(5’->3’),纵坐标是所有reads在该位点碱基Q值统计。红线代表中位数,蓝线代表平均数,黄线代表25%-75%区间,触须是10%-90%区间。一般而言,reads的5’端和3’端的碱基质量较低,中间部分的碱基质量较高。从图中可知,本次测序过滤后的数据平均质量很高。


base content分布图

横坐标是reads中碱基位置(5’->3’),纵坐标是该位点某碱基所占的比例统计。对基于Illumina测序平台的基因组测序中,基因组片段化过程中前几个位置的核苷酸组成表现出一定的偏好性,而这种偏好性与测序的物种和实验室环境无关,但会影响基因组测序的均一化程度。除此之外,其余位置四种碱基的出现频率应该是接近的。因此,好的建库和测序样品的四条线应该平行且接近,当部分位置的碱基出现Bias时,则四条线在某些位置纷乱交织,往往提示有overrepresented sequence的污染,当所有位置的碱基比例一致地表现出Bias时,即四条线平行但分开,往往代表文库有Bias(建库过程或本身特点、或者是测序中的系统误差)。


GC content分布图

横坐标是GC比,纵坐标为对应的 reads 数量。红色表示的是实际分布曲线,蓝色的是理论分布曲线(峰值与物种特性有关)。
Sequence base quality分布图

Sequence base quality 主要用来检测测序数据的平均质量分布情况。峰尖代表测序质量,峰宽表示测序整体质量分布,较大峰宽或者前拖尾峰表示测序数据的部分数据质量偏低,峰尖对应的值较低表明整体测序结果较差。本次测序的峰值在Q36左右,表示测序质量较高。

fastp

测序数据包含一些带接头、低质量的 reads,这些序列会对后续的信息分析造成很大的干扰,为了保证后续信息分析质量,需要对下机数据进行进一步过滤,即将原始下机数据(rawdata)过滤生成高质量序列(high quality data)。使用 fastp (v0.20.0) 采用滑动窗口法对原始数据进行过滤,标准主要包括以下几点:
(1) 接头污染去除,去除 3' 端的接头污染;
(2) 质量过滤,采用滑动窗口法进行质量过滤,窗口大小设置为 5 bp,步长设置为 1 bp。每一次往前移动一个碱基,取 5 个碱基计算窗口的平均 Q 值,若最后一个碱基的 Q 值 ≤ 2,则仅保留该位置之前的碱基;若窗口的平均 Q 值 ≤ 20,则仅保留该窗口倒数第二个碱基及之前的碱基;
(3) 长度过滤,若双末端中任意一条 reads 的长度 ≤ 50 bp,则去除该双末端 reads。

fastp -l 50 -5 -W 5 -M 20 -i R1.fastq.gz -I R2.fastq.gz -o R1.clean.fastq.gz -O R2.clean.fastq.gz -j R1.json -h R1.html -w 2 &
fastp报告文件

做完数据清洗之后就可以进行后续分析了

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