featureCounts 軟件說明


featuresCounts 軟件用於定量,不僅可以支持gene的定量,也支持exon, gene bodies, genomic bins, chromsomal locations的定量;

官網 : http://bioinf.wehi.edu.au/featureCounts/

只需要輸入reads的比對情況,就是BAM 文件,再輸入一個你感興趣的區間的注釋(通常是基因或者轉錄本的注釋gtf 文件,就可以了),所以不論是DNA seq 還是RNA seq, 這個軟件都是可以定量的。

featureCounts 集成在subreads 軟件中,類似 word 和 office 的關系,subreads 這個軟件也有對應的 R包(Rsubreads).

featureCounts 需要兩個輸入文件:

1)reads的比對情況,這種信息通常都用BAM/ SAM文件來存儲

2)區間注釋文件,支持兩種格式

最常見的gtf 格式

simplified annotation format(SAF) 格式, 示例如下

GeneID	Chr	Start	End	Strand
497097	chr1	3204563	3207049	-
497097	chr1	3411783	3411982	-
497097	chr1	3660633	3661579	-

在featureCounts 軟件中,有兩個核心概念:

1) feature , 類似 exon 這種

2) metafeature, 可以看做是一組 feature, 比如屬於同一個gene 的外顯子的組合

在定量的時候,支持對單個feature 定量(對外顯子定量),也支持對meta-feature 進行定量(對基因進行定量), meta-feature 的定量是屬於同一meta-features 下的所有features 的總和;

當reads 比對到2個或者以上的features 時,默認情況下,featureCounts在統計時會忽略到這部分reads, 如果你想要統計上這部分reads, 可以添加-O 參數,此時一條reads 比對到多個feature, 每個feature 定量時,都會加1,對於meta-features 來說,如果比對到多個features 屬於同一個 meta-features(比如一條reads比對到了exon, 但這些exon 屬於同一個gene), 則對於這個gene 而言,只會計數1次;

總之,不管對於feature 還是meta-feature, 只有比對多個不同的區間時,才會分別計數;

定量:

features 支持對單個樣本定量,還支持對多個樣本進行歸一化

單個樣本定量的用法示例

featureCounts -T 5 -t exon -g gene_id -a annotation.gtf -o counts.txt mapping.sam

多個樣本歸一化的用法示例

featureCounts -t exon -g gene_id -a annotation.gtf -o counts.txt library1.bam library2.bam library3.bam

下面對幾個常用的選項詳細解釋一下:

-a  :  指定的區間注釋文件,默認是gtf格式

-T  :  線程數,默認是1

-t   :  想要統計的feature 的名稱, 取值范圍是gtf 文件中的第3列的值,默認是exon

-g  :  想要統計的meta-feature 的名稱,取值范圍參考gtf 第9列注釋信息,gtf 的第9列為 key=value 的格式, -g 參數可能的取值就是所有的key, 默認值是gene_id

其他的一些參數可以根據自己的目的,實際做調整。

輸出結果的解讀:

featuresCount 會輸出兩個文件,如果-o 指定的是gene, 則會產生gene 和 gene.summary 兩個文件

gene 文件的部分內容如下

# Program:featureCounts v1.6.0; Command:"./featureCounts" "-T" "20" "-t" "exon" "-g" "gene_id" "-a" "hg19.gtf" "-o" "gene" "accepted_hits.bam" 						
Geneid	Chr	Start	End	Strand	Length	accepted_hits.bam
LOC102725121	chr1;chr1;chr1;chr15;chr15;chr15	11869;12613;13221;102516808;102518449;102518943	12227;12721;14362;102517949;102518557;102519301	+;+;+;-;-;-	3220	0
DDX11L1	chr1;chr1;chr1	11874;12613;13221	12227;12721;14409	+;+;+	1652	0
WASH7P	chr1;chr1;chr1;chr1;chr1;chr1;chr1;chr1;chr1;chr1;chr1	14362;14970;15796;16607;16858;17233;17606;17915;18268;24738;29321	14829;15038;15947;16765;17055;17368;17742;18061;18366;24891;29370	-;-;-;-;-;-;-;-;-;-;-	1769	88

# 號開頭的注釋行,記錄了產生這個結果文件所用的命令,(感覺這個思路特別好,在輸出的文件中記錄當時的命令,便於核對)

Geneid 開頭的行是表頭,Geneid 代表統計的meta-features 的名稱,Chr , Start, End 染色體上的位置,Strand 正負鏈,Length 該區間的長度,最后一列的表頭是你的輸入文件的名稱,代表的是這個meta-feature 的count 值,即表達量

接下來看下正文部分,以第一行為例,在gtf 文件中共gene_id 為 LOC102725121 的行如下

chr1	refGene	transcript	11869	14362	.	+	.	gene_id "LOC102725121"; transcript_id "NR_148357";  gene_name "LOC102725121";
chr1	refGene	exon	11869	12227	.	+	.	gene_id "LOC102725121"; transcript_id "NR_148357"; exon_number "1"; exon_id "NR_148357.1"; gene_name "LOC102725121";
chr1	refGene	exon	12613	12721	.	+	.	gene_id "LOC102725121"; transcript_id "NR_148357"; exon_number "2"; exon_id "NR_148357.2"; gene_name "LOC102725121";
chr1	refGene	exon	13221	14362	.	+	.	gene_id "LOC102725121"; transcript_id "NR_148357"; exon_number "3"; exon_id "NR_148357.3"; gene_name "LOC102725121";
chr15	refGene	transcript	102516808	102519301	.	-	.	gene_id "LOC102725121"; transcript_id "NR_148357_2";  gene_name "LOC102725121";
chr15	refGene	exon	102516808	102517949	.	-	.	gene_id "LOC102725121"; transcript_id "NR_148357_2"; exon_number "1"; exon_id "NR_148357_2.1"; gene_name "LOC102725121";
chr15	refGene	exon	102518449	102518557	.	-	.	gene_id "LOC102725121"; transcript_id "NR_148357_2"; exon_number "2"; exon_id "NR_148357_2.2"; gene_name "LOC102725121";
chr15	refGene	exon	102518943	102519301	.	-	.	gene_id "LOC102725121"; transcript_id "NR_148357_2"; exon_number "3"; exon_id "NR_148357_2.3"; gene_name "LOC102725121";

對於 LOC102725121 這個meta-features 而言,在gtf 文件中有6個exon的記錄,就是說有6個features , 所以可以看到對應的Chr, Start, End, Strand 這些列都有;分號分隔的6個值,Length 則是這6個exon 區間的的長度的總和,最后一列就是LOC102725121的表達量

這個結果文件有1個問題,就是同一個gene_id 會有多個染色體編號,這是因為gtf 文件中的gene_id 不是唯一標識符導致的,這樣和我們想要的定量結果是不一樣的,所以在實際分析中,應該挑選gtf 文件中的唯一標識符;

總結: 

這個軟件最大的特點就是運以行的非常快,幾分鍾就可以運行完1個人類基因組樣本的定量;但是准備gtf 文件時,要確保-g 參數指定的值都是唯一標識符,才能達到預期的效果;

 


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