1.PacBio HiFi 长读长测序技术
长读长测序能够检测长度为1,000到20,000个碱基或更长的DNA(或RNA)片段。这些片段通常来自于“原生”分子,这些分子是直接从生物样本中提取出来进行分析的。相比之下,大多数短读长测序技术只能检测50-300个碱基长度的片段。与大多数长读长方法不同,短读长测序解决方案无法有效地对原生分子进行测序,并且在分析之前需要对提取的DNA进行扩增。
“……虽然读长通常被认为是主导因素之一……,但我们的结果表明,HiFi 技术更高的测序准确性超过了读长所带来的好处。”
长读长测序和短读长测序之间的基本差异在于所分析分子的长度,这毫不奇怪。每种方法都有其自身的优缺点,这取决于研究应用的目的。长读测序在整个基因组重建等领域表现优异,
2.基因组三代测序数据转化为ccs数据
ccs数据格式
CCS(Consensus Coding Sequence)数据是PacBio SMRT(Single Molecule, Real-Time)测序技术中的一种高质量序列数据格式。CCS数据是通过将多个独立的subreads(子读取序列)对齐并合并成一个更准确的共识序列来生成的。这种数据格式具有以下特点:
高质量:CCS序列是经过质量控制和错误校正的,因此比原始的subreads具有更高的准确性。
长读取:PacBio测序技术可以产生平均长度在10,000到20,000碱基对的长读取序列。
数据结构:CCS数据通常包含以下信息:
序列标识符(Sequence Identifier):唯一标识序列的ID。
序列(Sequence):核苷酸序列。
质量值(Quality Values):每个碱基的测序质量评分,通常以Phred+33或Phred+64编码。
文件格式:CCS数据可以存储在多种文件格式中,包括:
HDF5:一种用于存储和组织大量数据的文件格式,PacBio的SMRT Analysis软件使用这种格式。
BAM:二进制比对/映射格式,是一种用于存储测序读取与参考基因组比对结果的压缩格式。
FASTA:一种简单的文本格式,用于存储核苷酸序列或蛋白质序列。
附加信息:CCS数据文件可能还会包含一些附加信息,如测序过程中的原始信号强度、分子条形码、测序孔信息等。
分析工具:PacBio提供了一系列的软件工具来处理CCS数据,包括用于生成CCS的CCSGenerator,以及用于进一步分析的SMRT Link。
应用领域:CCS数据由于其高准确度和长读取长度,常用于基因组组装、基因表达分析、甲基化分析和RNA结构研究等领域。
3.查看一下压缩的ccs文件
zcat G00101.ccs.fastq.gz | head -n 10
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@m64270e_220111_004519/31/ccs
TTGGAGGACAATAGGAACGACGTGAGAAGTAAACAGTCTAAAAAAGGAAACTCAGGCGCTG
+
~`O~~r~~~~~ll*Y~~~~~~~~g~~j~j~~~~v~~~~~<^~~~~u~T~~~~~~j~~~~~g~~~U~~~~~~~t~v~~~.~~~}n_z~~qpc~u~6~~3~~~~H~\~~~~q~{~~\~R~~u~~~~~S~~~~~F~~~u~@U~X_Mfe~`~~~~~~l~|~+Z>~\]]~~W~s}~~~~V~~n~~|~~~p~~\~~O~~k~~r~pt~v~]~~D~~~e~+~~U~)yhl~d}~bJ@`~~~~~~~~uj~~~&<~?
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4.利用canu组装
HIFI组装命令(canu 2.2)
canu -p asm -d G00301 genomeSize=40m useGrid=false -pacbio-hifi /ifs1/01.RawData/01.HiFi/G00301.ccs.fastq.gz
CLS组装命令
canu -p ecoli -d ecoli-pacbio genomeSize=4.8m -pacbio pacbio.fastq
Nanopore
canu -p ecoli -d ecoli-oxford genomeSize=4.8m -nanopore oxford.fasta
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使用PacBio-HiFi数据的HiCanu一致序列通常远高于99.99%,官方文档说到不鼓励对这些组件进行任何后期处理/抛光,因为重复中的mis-mapping可能会导致错误。
对于PacBio数据集,Canu一致序列通常远高于99%的一致性。纳米孔的准确度因孔和基孔的不同而不同,但对于最新的数据,准确度通常在99%以上。精确性可以通过使用专门为该任务开发的工具来提高。
Canu推荐Arrow用于PacBio,Nanopolish或Medaka用于Oxford Nanpore数据。当Illumina reads可用时,FreeBayes可用于polish either PacBio or Oxford Nanopore assemblies.
5.利用falcon组装
FALCON是PacBio公司开发的一款用于三代基因组De novo组装软件。相比于HGAP4软件,FALCON软件的基因组组装原理基本一致。但FALCON使用命令行运行,更适合于大基因组的组装,且能分析双倍体序列,并在基因组组装结果中给出包含变异位点信息的等位基因序列(alternative contigs / a-contigs)和主要的基因组序列(primary contig / p-contig)。每一条a-contig都有其对应的p-contig序列。因此,FALCON软件适合双倍体物种的基因组组装,能给出单倍的基因序列。其基因组组装结果中的p-contigs序列总长度要小于其它基因组组装软件(例如Canu和HGAP)的基因组序列。
FALCON-Unzip则是真正的单倍型组装软件,它能在FALCON或HGAP4软件的基因组组装结果基础上,利用较长的PacBio reads进行单倍型分析,对p-contigs序列向单倍型进行转换,同时输出单倍型序列(haplotig)区块。
原理
第一轮是选择种子序列或者是数据集中最长的序列(通过length_cufoff设置),比较短的序列比对到长序列上用于产生高可信度的一致性序列。PacBio称其为预组装(pre-asembled), 其实和纠错等价。这一步可能会将种子序列在低覆盖度的区域进行分割(split)或者修整(trim),由falcon_sense_options参数控制,最后得到preads(pre-assembled reads)。
第二轮是将preads相互比对,从而组装成contigs(contig指的是连续的不间断的基因组序列, contiguous sequence)
Falcon 是一个 Python Web 框架,它不是一个独立的命令行工具,而是一个 Python 包。因此,你不能直接通过 falcon 命令来运行它。相反,你需要通过 Python 来运行 Falcon 应用程序。