如何使用ChromHMM鉴定染色质状态

趁着零碎的时间整理了下ChromHMM的相关内容。


ChromHMM是基于ChIP-seq组蛋白数据检测染色质状态的工具。

基因组区域特定的组蛋白修饰或修饰的组合具有特定的功能。

特定标记的区域和作用:

功能对照表


 获取上述标记区域的方式通常是call peak, 但是,理想的情况下需要获取多个组蛋白标记的整合结果。ChromHMM是一个基于HMM模型的用于检测染色质状态的java软件。

软件链接:http://compbio.mit.edu/ChromHMM/

Chromatin states的定义基于组蛋白修饰的不同组合和对应的不同功能区域。

标记与功能

其目的是将基因组区分为具有生物学功能的区域或片段。

以下为染色质segment的案例:

segment stat


一、如何使用ChromHMM

(1)使用环境: java

(2)reads比对后的文件

        如果自己进行分析,还需要: 比对软件和bedtools

二、使用流程如下:

  1、测序获取reads

  2、 reads比对到参考基因组

  3、 转换aligned reads为BED格式

  4、 创建Binned和Binarized tracks

  5、 训练模型

  6、 infer the states

  7、 解读

三、具体操作步骤

(1)  Alignment

        多种短序列比对软件可用,BWA、Bowtie2等

(2) 比对reads转换为BED格式

        bedtools bamtobed -i sample.bam > sample.bed

(3) 创建Binned and Binarized Tracks

        java –mx4000M –jar ChromHMM.jar BinarizeBed –b 200  CHROMSIZES/hg18  cellmarkfiletable.txt SAMPLEDATA_HG18

        其中,cellmarkfiletable.txt记录多个样本的修饰BED数据,例如:

        cell1 mark1 cell1_mark1.bed cell1_control.bed

        cell1 mark2 cell1_mark2.bed cell1_control.bed

        cell2 mark1 cell2_mark1.bed cell2_control.bed

        cell2 mark2 cell2_mark2.bed cell2_control.bed

(4)训练模型并segment基因组

         java -mx1600M -jar ChromHMM.jar LearnModel  SAMPLEDATA_HG19  OUTPUTSAMPLE  10  hg19

ChromHMM的输出:

        生成HTML报告 webpage_N.html (N是状态)

包含信息如下:

 1.  Model learned: transi-on    and    emission    parameters

2.  Enriched  func-onal categories

3.  BED files to visualize the segmenta-on

可视化segmentation:

Genome Browser: https://genome.ucsc.edu/

IGV:  https://www.broadins-tute.org/igv/

IGV 可视化


其他参考

1.  Segway: https://pmgenomics.ca/hoffmanlab/proj/segway/

2.  Spectacle: https://github.com/jiminsong/Spectacle

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