RepeatMasker中如何查找基因组上的重复序列

引言

RepeatMasker是一款广泛使用的生物信息学工具，用于识别和屏蔽基因组中的重复序列。重复序列在基因组中占据了相当大的比例，对于理解基因组结构、功能和进化具有重要意义。本文将详细介绍如何使用RepeatMasker在基因组中查找重复序列。

1. 安装RepeatMasker

在开始使用RepeatMasker之前，首先需要确保该工具已经正确安装在你的计算机上。RepeatMasker的安装步骤如下：

1. 下载RepeatMasker：访问RepeatMasker的官方网站（http://www.repeatmasker.org/）下载最新版本的软件包。

2. 安装依赖工具：RepeatMasker依赖于多个外部工具，如RMBlast、HMMER和TRF。确保这些工具已经安装并配置正确。

3. 配置RepeatMasker：解压下载的RepeatMasker包，并运行configure脚本进行配置。根据提示输入依赖工具的路径。

4. 测试安装：运行RepeatMasker -h命令，确保RepeatMasker能够正常启动。

2. 准备输入文件

RepeatMasker的输入文件通常是一个FASTA格式的基因组序列文件。确保你的基因组文件已经准备好，并且格式正确。

>chr1
ATCGATCGATCGATCGATCGATCGATCGATCGATCGATCGATCGATCG
>chr2
GCTAGCTAGCTAGCTAGCTAGCTAGCTAGCTAGCTAGCTAGCTAGCTA

3. 运行RepeatMasker

使用RepeatMasker查找基因组中的重复序列非常简单。以下是一个基本的命令示例：

RepeatMasker -species human -dir output_dir -pa 4 genome.fa

参数解释：

• -species：指定物种名称，RepeatMasker会根据物种选择相应的重复序列数据库。例如，human表示人类基因组。
• -dir：指定输出目录，所有生成的文件将保存在该目录中。
• -pa：指定并行处理的线程数，加快运行速度。
• genome.fa：输入的基因组FASTA文件。

4. 输出文件

RepeatMasker运行完成后，会生成多个输出文件，主要包括：

• genome.fa.out：主要输出文件，包含重复序列的详细信息。
• genome.fa.masked：屏蔽重复序列后的基因组文件。
• genome.fa.tbl：重复序列的统计信息。

4.1 genome.fa.out 文件解析

genome.fa.out文件包含了每个重复序列的详细信息，格式如下：

   SW  perc perc perc  query      position in query           matching       repeat              position in  repeat
score  div. del. ins.  sequence    begin     end    (left)    repeat         class/family         begin  end (left)  ID

  150   0.0  0.0  0.0  chr1        1001    1050    (950)     L1HS           LINE/L1             1      50    (0)    1
  200   0.0  0.0  0.0  chr2        2001    2050    (1950)    AluY           SINE/Alu             1      50    (0)    2

• SW score：Smith-Waterman比对得分。
• perc div.：序列差异百分比。
• perc del.：缺失百分比。
• perc ins.：插入百分比。
• query sequence：查询序列名称。
• position in query：重复序列在查询序列中的位置。
• matching repeat：匹配的重复序列名称。
• class/family：重复序列的类别和家族。
• position in repeat：重复序列在参考重复序列中的位置。
• ID：重复序列的唯一标识符。

4.2 genome.fa.masked 文件解析

genome.fa.masked文件是屏蔽重复序列后的基因组文件，重复序列被替换为小写字母或N字符。

>chr1
ATCGATCGATCGATCGATCGATCGATCGATCGATCGATCGATCGATCG
>chr2
gctagctagctagctagctagctagctagctagctagctagctagcta

4.3 genome.fa.tbl 文件解析

genome.fa.tbl文件包含了重复序列的统计信息，如各类重复序列的总长度、百分比等。

==================================================
file name: genome.fa
sequences:          2
total length:     100 bp
GC level:         50.00 %
bases masked:      50 bp (50.00 %)
==================================================
               number of      length   percentage
               elements*    occupied  of sequence
--------------------------------------------------
SINEs:                1         50 bp    50.00 %
      Alu              1         50 bp    50.00 %
LINEs:                0          0 bp     0.00 %
      L1               0          0 bp     0.00 %
LTR elements:         0          0 bp     0.00 %
      ERV1             0          0 bp     0.00 %
DNA elements:         0          0 bp     0.00 %
      hAT              0          0 bp     0.00 %
Unclassified:         0          0 bp     0.00 %
Total interspersed repeats:   50 bp    50.00 %
Small RNA:            0          0 bp     0.00 %
Satellites:           0          0 bp     0.00 %
Simple repeats:       0          0 bp     0.00 %
Low complexity:       0          0 bp     0.00 %
==================================================

5. 结果解读与应用

通过RepeatMasker的输出文件，研究人员可以了解基因组中重复序列的分布、类型和数量。这些信息对于基因组注释、功能研究和进化分析具有重要意义。

5.1 基因组注释

重复序列的识别有助于基因组注释，特别是在基因预测和功能元件识别中。屏蔽重复序列可以减少假阳性结果，提高注释的准确性。

5.2 功能研究

某些重复序列具有特定的生物学功能，如调控基因表达、参与染色体结构维持等。通过RepeatMasker识别这些序列，可以进一步研究其功能机制。

5.3 进化分析

重复序列在基因组进化中扮演重要角色。通过比较不同物种的重复序列分布，可以揭示基因组的进化历史和物种间的亲缘关系。

结论

RepeatMasker是一款强大的工具，能够有效地识别和屏蔽基因组中的重复序列。通过本文的介绍，读者可以掌握RepeatMasker的基本使用方法，并应用于基因组分析中。希望本文能为你的研究工作提供帮助。