如何分析breakdancer检测结构变异

发布时间：2022-01-15 11:59:09 作者：柒染
来源：亿速云阅读：220

如何分析BreakDancer检测结构变异

引言

结构变异（Structural Variations, SVs）是指基因组中较大片段的插入、缺失、倒位、重复和易位等变异类型。这些变异在基因组进化、疾病发生和个体差异中起着重要作用。随着高通量测序技术的发展，检测结构变异的方法也日益成熟。BreakDancer是一种常用的基于双端测序数据的结构变异检测工具，能够高效地检测出基因组中的结构变异。本文将详细介绍如何使用BreakDancer进行结构变异的检测与分析。

BreakDancer简介

BreakDancer是由美国华盛顿大学开发的一款用于检测结构变异的软件工具。它通过分析双端测序数据中reads的插入片段大小和方向信息，来识别基因组中的结构变异。BreakDancer支持多种类型的结构变异检测，包括插入、缺失、倒位、重复和易位等。

BreakDancer的安装与配置

1. 安装依赖

BreakDancer依赖于Perl、Python和C++编译器。在安装BreakDancer之前，确保系统中已经安装了这些依赖。

sudo apt-get install perl python g++

2. 下载与安装BreakDancer

BreakDancer的源代码可以从其GitHub仓库中获取：

git clone https://github.com/genome/breakdancer.git
cd breakdancer
make

编译完成后，BreakDancer的可执行文件将生成在bin目录下。

3. 配置环境变量

为了方便使用，可以将BreakDancer的路径添加到系统的环境变量中：

export PATH=$PATH:/path/to/breakdancer/bin

BreakDancer的使用

1. 准备输入数据

BreakDancer的输入数据是双端测序数据的BAM文件。确保BAM文件已经过排序和索引：

samtools sort -o sorted.bam input.bam
samtools index sorted.bam

2. 生成配置文件

BreakDancer需要一个配置文件来指定输入BAM文件的位置。可以使用bam2cfg.pl脚本生成配置文件：

perl bam2cfg.pl sorted.bam > config.cfg

生成的config.cfg文件内容如下：

#SampleID	LibraryID	File
sample1	lib1	sorted.bam

3. 运行BreakDancer

使用生成的配置文件运行BreakDancer：

breakdancer-max config.cfg > output.vcf

BreakDancer将输出一个VCF格式的文件，其中包含了检测到的结构变异信息。

BreakDancer结果分析

1. VCF文件格式

BreakDancer输出的VCF文件包含了每个结构变异的详细信息，包括变异类型、位置、支持reads数等。以下是一个VCF文件的示例：

##fileformat=VCFv4.2
##source=BreakDancer
#CHROM	POS	ID	REF	ALT	QUAL	FILTER	INFO
chr1	100000	.	N	<DEL>	.	PASS	SVTYPE=DEL;END=100500;SVLEN=-500;SUPPORT=50
chr2	200000	.	N	<INS>	.	PASS	SVTYPE=INS;END=200000;SVLEN=300;SUPPORT=30

2. 变异类型解释

DEL: 缺失（Deletion）
INS: 插入（Insertion）
INV: 倒位（Inversion）
DUP: 重复（Duplication）
TRA: 易位（Translocation）

3. 过滤与注释

为了提高结果的可靠性，可以对检测到的结构变异进行过滤和注释。常用的过滤标准包括支持reads数、变异长度等。可以使用bcftools进行过滤：

bcftools filter -i 'INFO/SUPPORT > 10 && ABS(SVLEN) > 100' output.vcf > filtered.vcf

此外，可以使用ANNOVAR等工具对变异进行功能注释，以了解其对基因功能的影响。

案例分析

假设我们有一个双端测序数据的BAM文件sorted.bam，我们将使用BreakDancer检测其中的结构变异。

1. 生成配置文件

perl bam2cfg.pl sorted.bam > config.cfg

2. 运行BreakDancer

breakdancer-max config.cfg > output.vcf

3. 结果分析

生成的output.vcf文件中包含了检测到的结构变异信息。我们可以使用bcftools进行过滤和查看：

bcftools view output.vcf | less

通过分析VCF文件，我们可以识别出基因组中的结构变异，并进一步研究其对基因功能的影响。

总结

BreakDancer是一款高效的结构变异检测工具，能够通过分析双端测序数据识别基因组中的结构变异。本文详细介绍了BreakDancer的安装、配置、使用和结果分析方法。通过合理使用BreakDancer，研究人员可以更好地理解基因组中的结构变异及其生物学意义。

参考文献

Chen, K., Wallis, J. W., McLellan, M. D., Larson, D. E., Kalicki, J. M., Pohl, C. S., … & Wilson, R. K. (2009). BreakDancer: an algorithm for high-resolution mapping of genomic structural variation. Nature methods, 6(9), 677-681.
Li, H., Handsaker, B., Wysoker, A., Fennell, T., Ruan, J., Homer, N., … & Durbin, R. (2009). The Sequence Alignment/Map format and SAMtools. Bioinformatics, 25(16), 2078-2079.
Wang, K., Li, M., & Hakonarson, H. (2010). ANNOVAR: functional annotation of genetic variants from high-throughput sequencing data. Nucleic acids research, 38(16), e164.

通过以上步骤，您可以成功使用BreakDancer进行结构变异的检测与分析。希望本文对您的研究工作有所帮助。