使用juicer进行三维基因组分析

1.输入文件的准备
创建一个文件夹,以物种名命名,比如:
mkdir spalax_galili

在spalax_galili文件夹中再创建2个文件夹,分别命名为fastq和reference,如下图


在fastq文件夹中软连接HiC测序数据,hic测序数据命名为“ 物种名.HiC_R1.fastq.gz / 物种名.HiC_R2.fastq.gz “。可以压缩,也可以不压缩,但是要严格按照这个格式命名,如下图:


#对参考基因组建立索引
bwa index spalax_galili.fasta #参考基因组的bwa索引
samtools faidx spalax_galili.fasta
cut -f1,2 spalax_galili.fasta.fai > spalax_galili.length #参考基因组的染色体长度文件


#参考基因组的酶切文件
python /data/01/user164/software/juicer/misc/generate_site_positions.py MboI spalax_galili spalax_galili.fasta
##会生成一个文件:spalax_galili_MboI.txt,这个文件后续会用到
##106服务器的路径是:/home/106public/software/juicer/misc/generate_site_positions.py
##python generate_site_positions.py 测序用的内切酶名 物种名 参考基因组

在reference文件夹中存放参考基因组的bwa索引和染色体长度文件,如图所示:



2.运行juicer
最后确定所有的输入文件已经准备好。Hi-C双端测序数据、参考基因组以及bwa索引、参考基因组的染色体长度文件、参考基因组的酶切文件,如下图:


在以物种名命名的文件夹,和fastq/reference同级的目录写shell脚本


vim spalax_galili.juicer.sh

/data/01/user164/software/juicer/scripts/juicer.sh -z 参考基因组 -p 染色体长度文件  -y 参考基因组酶切文件 -d 以物种名命名的文件夹 -D /data/01/user164/software/juicer -g 物种名  -s 内切酶名 -t 线程数

#-D参数是软件路径, 不变即可
#在超算上测试耗费资源, 内存在70-80G左右。
#CPU 10-40个(10-40个运行的时间差不多相同,都是2-3天)。

#106服务器的路径:
#/home/106public/software/juicer/scripts/juicer.sh
#-D 设置为: /home/106public/software/juicer

#比如(请注意绝对路径的问题):
/home/kuangzhr17/xlliang/software/juicer/scripts/juicer.sh -z ./spalax_galili.fasta -p ./spalax_galili.length -y ./spalax_galili_MboI.txt -d /home/kuangzhr17/ Pan.3DGenom/spalax_galili -D /home/106public/software/juicer -g spalax_galili -s MboI -t 40

运行完毕后,会生成aligned的文件夹
里面的inter.hic/inter_30.hic,即最后的输出文件, 其余文件和文件夹都可以删除
改名,改为 物种名.hic/物种名.30.hic,比如spalax_galili.hic/spalax_galili.30.hic
后续区室的鉴定/TAD的鉴定等都要基于此文件

如果有使用Centromics鉴定着丝粒序列的需求, 可以保留merged_nodups.txt
https://github.com/zhangrengang/Centromics


  1. AB区室、TAD的鉴定

使用软件https://h1d.readthedocs.io/en/latest/

spalax_galili的染色体号是这么命名的:Chr1/Chr2/Chr3

以Chr1为例, 其余染色体批量生成命令行即可

3.1 互作矩阵的提取 (VC标准化)
h1d basic dump spalax_galili.30.hic 25000 Chr1 --datatype rawhic -o spalax_galili.VC –gt spalax_galili.length –normalize VC

#h1d basic dump juicer输出文件  分辨率  染色体号  --datatype rawhic(照抄) -o 物种名 -gt 染色体长度 –normalize 标准化方式-VC/KR
#会输出一个叫spalax_galili.VC的文件夹,里面有个叫25000(分辨率)的文件夹,再进去就是Chr1互作矩阵。不同的染色体不同的分辨率都指定同一个文件夹即 -o 参数都设置相同的路径。
#最后的互作矩阵是:observed.VC.chrChr1.matrix.gz
#这里是25k分辨率的互作矩阵,还需要提取5k,10k,50k分辨率的互作矩阵


3.2 AB区室的鉴定(以50k分辨率为例)
#基因密度的计算 – 需要基因注释文件
bedtools makewindows -g spalax_galili.length -w 50000 > 50k.windows
grep -w "gene" input.gff | awk '{print $1"\t"$4"\t"$5}' > gene.pos
bedtools intersect -a 50k.windows -b gene.pos -c > spalax_galili.50k.gene.density

h1d one PC1 observed.VC.chrChr1.matrix.gz 50000 Chr1 -o spalax_galili.Chr1.PC1 --gt spalax_galili.length -p spalax_galili.50k.gene.density
# spalax_galili.Chr1.PC1即最后的AB区室文件,以基因密度更高的作为A区室

3.3 TAD的鉴定(以25k分辨率为例)

h1d call stripeTAD observed.VC.chrChr1.matrix.gz 25000 Chr1 -o spalax_galili.Chr1.TAD --gt spalax_galili.length

4.这个软件还能算什么,还能鉴定什么




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