stacks拆包RAD-seq过程中,process_radtags没有自己需要的限制性内切酶怎么办?

酶切实验一共进行了7组实验,并通过凝胶电泳检测结果,同时,最终得出最佳酶切组合为:MluCI + AvaII,用stacks软件提供的process_radtags程序对测序公司返回的数据进行拆包,发现process_radtags并不支持avaII限制性内切酶,查看process_radtags的使用手册,该软件支持的内切酶列表如下:

'aciI', 'ageI', 'aluI', 'apaLI', 'apeKI', 'apoI', 'aseI', 'bamHI', 'bbvCI', 'bfaI', 'bfuCI', 'bgIII', 'bsaHI', 'bspDI', 'bstYI', 'btgI', 'cac8I', 'claI', 'csp6I', 'ddeI', 'dpnII', 'eaeI', 'ecoRI', 'ecoRV', 'ecoT22I', 'haeIII', 'hinP1I', 'hindIII', 'hpaII', 'hpyCH4IV', 'kpnI', 'mluCI', 'mseI', 'mslI', 'mspI', 'ncoI', 'ndeI', 'nheI', 'nlaIII', 'notI', 'nsiI', 'nspI', 'pacI', 'pspXI', 'pstI', 'rsaI', 'sacI', 'sau3AI', 'sbfI', 'sexAI', 'sgrAI', 'speI', 'sphI', 'taqI', 'xbaI', or 'xhoI'.

由于stacks是开源的软件,我们可以对其程序进行修改,将avaII的酶切位点信息加入到程序中。
第一步下载stacks
stacks2.54下载地址:
https://catchenlab.life.illinois.edu/stacks/

# tar -xzf stacks-2.54.tar.gz
# cd stacks-2.54/

第二步,查找avaII限制性内切酶的酶切位点
结果为:
5'···G^GWCC···3'
3'···CCWG^G···5'
其中W代表A或者T

第三步,编辑renc.cc文件将酶切位点的信息加入其中

vi ./stacks-2.54/src/renz.cc

一共要修改四处地方:
第一处添加:const char *avaII[] = {"GACC","GTCC", "GGTC","GGAC"}; // 第1/4处添加,添加酶切位点信息,输入酶切序列和反向互补序列
第二处添加:renz["avaII"] = avaII; // 第2/4处添加,G^GWCC, avaII
第三处添加:renz_cnt["avaII"] = 2; // 第3/4处添加,输入不同的酶切序列数量,注意:反向互补序列不算
第四处添加:renz_len["avaII"] = 4; // 第4/4处添加,输入酶切序列长度
具体添加位置见如下代码:
本人修改过的renz.h文件已经存入网盘

#include "renz.h"

using namespace std;

//
// First line of static array contains each enzyme's cut sites. Second
// line is the reverse complement of each cut site.
//
const char *avaII[]    = {"GACC","GTCC",
                          "GGTC","GGAC"};          // 第1/4处添加,添加酶切位点信息,输入酶切序列和反向互补序列
const char *aciI[]    = {"CGC", "CGG",        // C/CGC, AciI
                         "GCG", "CCG"};
const char *ageI[]    = {"CCGGT",             // A/CCGGT, AgeI
                         "ACCGG"};
······此处省略代码

void
initialize_renz(map<string, const char **> &renz, map<string, int> &renz_cnt, map<string, int> &renz_len) {
    renz["avaII"]    = avaII; // 第2/4处添加,G^GWCC, avaII
    renz["sbfI"]    = sbfI;    // CCTGCA/GG, SbfI
    renz["pstI"]    = pstI;    // CTGCA/G, PstI
    renz["notI"]    = notI;    // GC/GGCCGC, NotI
······此处省略代码

    renz["pspXI"]   = pspXI;   // VC/TCGAGB, PspXI
    renz["hpyCH4IV"] = hpyCH4IV; // A/CGT, HpyCH4IV

    renz_cnt["avaII"]    = 2;  // 第3/4处添加,输入不同的酶切序列数量,注意:反向互补序列不算
    renz_cnt["sbfI"]    = 1;
    renz_cnt["pstI"]    = 1;
    renz_cnt["notI"]    = 1;
······此处省略代码

    renz_cnt["pspXI"]   = 3;
    renz_cnt["hpyCH4IV"] = 1;

    renz_len["avaII"]    = 4;  // 第4/4处添加,输入酶切序列长度
    renz_len["sbfI"]    = 6;
    renz_len["pstI"]    = 5;
    renz_len["notI"]    = 6;

wq保存并退出

# cd ..
# ./configure

出现如下错误:

checking for functional regular expressions... configure: error: Regular expressions are not functional, you need g++ 4.9.0 or greater.

原来是gcc版本低了,输入 gcc -v 查看当前gcc版本

Thread model: posix
gcc version 4.8.5 20150623 (Red Hat 4.8.5-44) (GCC) 

当前我的gcc版本是4.8.5,要求的gcc版本大于4.9.0
接下来是升级gcc版本

# yum install centos-release-scl

# yum install devtoolset-7 // 升级到gcc7
# scl enable devtoolset-7 bash // 激活gcc版本
# gcc -v
Using built-in specs.
COLLECT_GCC=gcc
COLLECT_LTO_WRAPPER=/opt/rh/devtoolset-7/root/usr/libexec/gcc/x86_64-redhat-linux/7/lto-wrapper
Target: x86_64-redhat-linux
Configured with: ../configure --enable-bootstrap --enable-languages=c,c++,fortran,lto --prefix=/opt/rh/devtoolset-7/root/usr --mandir=/opt/rh/devtoolset-7/root/usr/share/man --infodir=/opt/rh/devtoolset-7/root/usr/share/info --with-bugurl=http://bugzilla.redhat.com/bugzilla --enable-shared --enable-threads=posix --enable-checking=release --enable-multilib --with-system-zlib --enable-__cxa_atexit --disable-libunwind-exceptions --enable-gnu-unique-object --enable-linker-build-id --with-gcc-major-version-only --enable-plugin --with-linker-hash-style=gnu --enable-initfini-array --with-default-libstdcxx-abi=gcc4-compatible --with-isl=/builddir/build/BUILD/gcc-7.3.1-20180303/obj-x86_64-redhat-linux/isl-install --enable-libmpx --enable-gnu-indirect-function --with-tune=generic --with-arch_32=i686 --build=x86_64-redhat-linux
Thread model: posix
gcc version 7.3.1 20180303 (Red Hat 7.3.1-5) (GCC) 

成功的将gcc升级到7.3.1
继续之前出错的步骤

# ./configure
# make

出现如下结果,表示编译成功

g++  -g -O2 -fopenmp  -o ustacks src/ustacks.o htslib/libhts.a libcore.a -lz -lgomp 
g++  -g -O2 -fopenmp  -o cstacks src/cstacks.o htslib/libhts.a libcore.a -lz -lgomp 
g++  -g -O2 -fopenmp  -o process_radtags src/process_radtags.o htslib/libhts.a libcore.a libclean.a -lz -lgomp 
g++  -g -O2 -fopenmp  -o sstacks src/sstacks.o htslib/libhts.a libcore.a -lz -lgomp 
g++  -g -O2 -fopenmp  -o process_shortreads src/process_shortreads.o htslib/libhts.a libcore.a libclean.a -lz -lgomp 
g++  -g -O2 -fopenmp  -o kmer_filter src/kmer_filter.o htslib/libhts.a libcore.a libclean.a -lz -lgomp 
g++  -g -O2 -fopenmp  -o clone_filter src/clone_filter.o htslib/libhts.a libcore.a libclean.a -lz -lgomp 
g++  -g -O2 -fopenmp  -o populations src/populations.o htslib/libhts.a libcore.a libpop.a -lz -lgomp 
g++  -g -O2 -fopenmp  -o phasedstacks src/phasedstacks.o htslib/libhts.a libcore.a -lz -lgomp 
g++  -g -O2 -fopenmp  -o tsv2bam src/tsv2bam.o htslib/libhts.a libcore.a -lz -lgomp 
g++  -g -O2 -fopenmp  -o gstacks src/gstacks.o src/debruijn.o src/SuffixTree.o htslib/libhts.a libcore.a -lz -lgomp 
make[2]: Leaving directory '/home/packages/stacks-2.54'
make[1]: Leaving directory '/home/packages/stacks-2.54'

接下来我们使用修改过的process_radtags拆包RAD-seq原始文件

# /home/packages/stacks-2.54/process_radtags -P -p ./raw/ -b ./pool-1.1.txt -o ./samples/  -c -q -r --inline_index --renz_1 mluCI --renz_2 avaII
Processing paired-end data.
Using Phred+33 encoding for quality scores.
Found 13 paired input file(s).
Searching for single-end, inlined and paired-end, indexed barcodes.
Loaded 48 barcodes (5bp / 6bp).
Will attempt to recover barcodes with at most 1 / 1 mismatches.
Processing file 1 of 13 [51_R1_001.fastq.gz]
  Reading data from:
  ./raw/51_R1_001.fastq.gz and
  ./raw/51_R2_001.fastq.gz
  Processing RAD-Tags...1M...2M...3M...

可以看到添加的酶切位点已经能够成功被识别

总结:
经历上述添加酶切位点信息的过程可以发现,将所有的限制性内切酶都添加进去,对stacks的作者来说,是一件非常简单的事情。但stacks的作者并没有选择这么做的原因是:他不能保证加入其他酶切信息能够得到准确的结果,毕竟他能够测试的数据集也是有限的。如果添加的酶切位点造成意想不到的结果,建议向作者反馈异常信息,提升软件的适用范围,帮助更多的人。

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