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如何用软件模拟NGS数据

如何用软件模拟NGS数据

为了评价一个工具的性能，通常我们都需要先模拟一批数据。这样相当于有了参考答案，才能检查工具的实际表现情况。因此对于我们而言，面对一个新的功能，可以先用模拟的数据测试下不同工具的优缺点。有如下几个工具值得推荐一下：

  • ‘wgsim/dwgsim’: 从全基因组中获取测序reads
  • ‘msbar’: EMBOSS其中一个工具，能够从单个序列中模拟随机突变
  • ‘biosed’: EMBOSS的一个工具，可以按照我们给定突变位点模拟
  • ‘ReadSim’: 专门用于模拟PacBio/Nanopore这类仪器产生的long read
  • ‘Art’: 目前最复杂的模拟工具，能够模拟测序仪测序引入的错误位点
  • ‘Metasim’: 用于模拟宏基因组得到的reads
  • ‘Polyester’: 用于模拟RNA-seq

值得注意的是，这些工具模拟效果是有限，比如建库操作中超声破碎会出现的误差就很难模拟。但是最好的用途就是看看不同生物学事件在数据的情况，比如说发生了“大规模倒置”的基因组得到的数据比对到参考基因组上会是什么情况。

使用dwgsim进行模拟

wgism和dwgsim能够根据参考基因组模拟出测序reads，主要是二倍体基因组的SNPs和插入缺失(INDEL)多态位点。wgism容易安装，但是参考答案是以简单的文本格式保存，不容易可视化。dwgsim受wgism启发，虽然安装稍微麻烦了点，但是参考答案是以VCF格式保存，很方便可视化。

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# 请先安装好ncurse
# 安装dwgsim
mkdir -p ~/scr
mkdir -p ~/.local/bin
cd ~/src
git clone --recursive https://github.com/nh13/DWGSIM.git
cd DWGSIM
make
ln -s ~/src/DWGSIM/dwgsim ~/.local/bin/dwgsim
ln -s ~/src/DWGSIM/dwgsim_eval ~/.local/bin/dwgsim_eval

简单地模拟一批数据

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# efetch 需要用到conda安装启动
# conda create -n entrez entrez-direct
# conda activate entrez
# 获取参考基因组
efetch -db=nuccore -format=fasta -id=AF086833 > genome.fa
# 模拟数据
~/.local/bin/dwgsim genome.fa data

会得到如下数据

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|-- data.bfast.fastq.gz # 用于bfast
|-- data.bwa.read1.fastq.gz # 用于BWA的R1
|-- data.bwa.read2.fastq.gz # 用于BWA的R2
|-- data.mutations.txt
|-- data.mutations.vcf # VCF形式擦

随后将这批数据用BWA比对，以bcftools检测变异和参考答案比较一下。

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# conda install bwa samtools bcftools
bwa index genome.fa
bwa mem genome.fa data.bwa.read1.fastq.gz data.bwa.read2.fastq.gz | samtools sort -o data.bwa.bam 
samtools mpileup -uf genome.fa data.bwa.bam | bcftools call -mv -o data.bwa.vcf
samtools index data.bwa.bam

利用使用IGV可视化，检查分析结果和真集的一致性

IGV检查

说明samtools+bcftools找变异这个组合其实还是靠谱的，至少在动植物领域研究里应该够用。