Author : Zhihui Li

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Last Updates: 28/02/2020

简介

HISAT+StringTie+Ballgown转录组分析流程主要根据2016年发表在Nature Protocols上的一篇名为Transcript-level expression analysis of RNA-seq experiments with HISAT, StringTie and Ballgown的文章撰写的，主要用到以下三个软件：HISAT利用大量FM索引，以覆盖整个基因组，能够将RNA-Seq的读取与基因组进行快速比对，相较于STAR、Tophat，该软件比对速度快，占用内存少； StringTie能够应用流神经网络算法和可选的de novo组装进行转录本组装并预计表达水平。与Cufflinks等程序相比，StringTie实现了更完整、更准确的基因重建，并更好地预测了表达水平；Ballgown是R语言中基因差异表达分析的工具，能利用RNA-Seq实验的数据(StringTie, RSEM, Cufflinks)的结果预测基因、转录本的差异表达。rnaseq是用于 Choppy-pipe 系统使用的 APP。本APP能生成表达谱所需的Ballgown文件夹。

此版本较rna-seq之前版本更新较多，故新建版本。较之前版本主要更新内容如下：

1.添加了生物信息学软件fastp作为数据预处理的工具，fastp可以快速的去掉接头，且速度较快，同时可以进行简单的质控分析

2.hisat软件会输出unmap的序列文件

3.samtools软件会输出ins_size的信息

快速安装及使用

Requirements

• Python 3
• choppy
• Ali-Cloud

在终端中输入以下命令即可快速安装本APP。

1.安装
$ source activate choppy-py3
$ choppy install lizhihui/rnaseq_fastp
$ choppy apps
2.使用
$ choppy samples rnaseq_fastp-latest --out Projectname_rnaseq_date_people.csv
$ choppy batch rnaseq_fastp-latest Projectname_rnaseq_date_people.csv --project-name Projectname_rnaseq_date_people

使用方法

任务的准备

按照上述步骤安装成功之后，可以通过下面简单的命令即可使用APP：

# Generate samples file
$ choppy samples rna-seq-latest --out Projectname_rnaseq_date_people.csv

Projectname_fastqc_date_people.csv 包含以下几个需要填写的参数：

• 文件中必须包含的列为：
  • sample_id：样本名称，该名称将自动作为生成结果文件的前缀名
  • read1：原始FASTQ文件所在的OSS路径（仅R1）
  • read2：原始FASTQ文件所在的OSS路径（仅R2）
  • adapter_sequence：R1端需要去除的接头，根据实验室常使用的接头，不填则默认为AGATCGGAAGAGCACACGTCTGAACTCCAGTCA
  • adapter_sequence_r2：R2端需要去除的接头，根据实验室常使用的接头，不填则默认为AGATCGGAAGAGCGTCGTGTAGGGAAAGAGTGT

read1,read2,sample_id,adapter_sequence,adapter_sequence_r2
# read1  		双端测序数据的R1端在阿里云上的路径信息
# read2  		双端测序数据的R2端在阿里云上的路径信息
# sample_id		每个样本任务的识别码。注意：同一个samples文件中，不同样本的ID应该不同
# adapter_sequence		R1端需要去除的接头，以"AGATC"的形式填写，可以不填，不填则为默认参数
# adapter_sequence_r2	R2端需要去除的接头，以"AGATC"的形式填写，可以不填，不填则为默认参数

任务提交

在配置好samples.csv 文件后，使用以下命令可以提交计算任务：

$ choppy batch rnaseq_fastp-latest Projectname_rnaseq_date_people.csv --project-name Projectname_rnaseq_date_people

提交成功后，即可在工作目录下找到生成的目录名为Projectname_rnaseq_date_people，里面包含了本次提交任务的所有样本信息。

任务输出

任务成功结束后，便可以在阿里云相应的OSS端生成相应的结果文件。包括数据产生的中间结果bam文件以及下游分析所需要的表达谱文件。

APP流程概述

流程示意图

​ 我们利用 HiSat2将高质量序列比对到人的参考基因组上，然后利用 Qualimap进行对比对质量评估。最后我们利用StringTie进行转录本重构和定量。使用Ballgown进行基因表达水平质量评估。

输出文件说明

运行APP后，

每个sample对应一个文件夹，内部结构如下：

• call-fastp

  • .html 简单质控报告
  • .json
  • _R1.fastq.gz 去接头后R1端接头后的原始数据
  • _R2.fastq.gz 去接头后R2端接头后的原始数据

• call-hisat2

  • .sam
  • _un.fq.1.gz R1端序列文件没有与人类基因组比对上的序列文件
  • _un.fq.2.gz R1端序列文件没有与人类基因组比对上的序列文件

• call-samtools

  • .sorted.bam 用来存储reads到参考序列二进制格式的比对信息，可以用来进行比对质量分析（使用qualimap APP分析）
  • .sorted.bam.bai
  • .ins_size 分析ins_size的文件便于后续分析

• call-stringtie

  • .cov.ref.gtf

  • ballgown 下载后可以用R进行转录组下游分析

  • .gene.abundance.txt 下载后可以用R进行转录组下游分析

软件版本及参数

软件版本

1. fastp:0.19.6
2. hisat2 :v2.1
3. samtools:v1.3.1
4. stringtie:v1.3.4

使用参数

1. fastp.cluster: OnDemand bcs.a2.large img-ubuntu-vpc
2. hisat2.cluster: OnDemand bcs.a2.3xlarge img-ubuntu-vpc
3. samtools.cluster: OnDemand bcs.a2.large img-ubuntu-vpc
4. stringtie.cluster: OnDemand bcs.a2.large img-ubuntu-vpc
5. gtf:Homo_sapiens.GRCh38.93.gtf (oss://pgx-reference-data/reference/annotation/Homo_sapiens.GRCh38.93.gtf)
6. Index:hg38 (oss://pgx-reference-data/reference/hisat2/grch38_snp_tran/)

参考文献

[1]Pertea M , Kim D , Pertea G M , et al. Transcript-level expression analysis of RNA-seq experiments with HISAT, StringTie and Ballgown[J]. Nature Protocols, 2016, 11(9):1650-1667.

[2]Shifu Chen, Yanqing Zhou, Yaru Chen, Jia Gu; fastp: an ultra-fast all-in-one FASTQ preprocessor, Bioinformatics, Volume 34, Issue 17, 1 September 2018, Pages i884–i890, https://doi.org/10.1093/bioinformatics/bty560