用k-mer分析进行基因组调查：（四）用GenomeScope评估基因组特征

最新推荐文章于 2025-10-25 02:19:00 发布

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#经验分享 #数据分析

本文介绍了如何使用k-mer分析进行基因组特征评估，重点讲解了GenomeScope工具在二倍体和多倍体物种中的应用。GenomeScope1.0适用于二倍体，而GenomeScope2.0则扩展到多倍体物种，能估算基因组大小、杂合度、重复序列比例和GC含量等。文章提供了软件使用步骤和参数设置建议，并提到了Smudgeplot在评估物种倍性中的作用。

（全文约3500字）

**【推荐】用Smudgeplot评估物种倍性后，用组合jellyfish+GenomeScope1.0做二倍体物种的基因组调查，用组合KMC+GenomeScope2.0做多倍体物种的基因组调查。**

# 1. k-mer进行基因组调查的软件概况
k-mer进行基因组调查分为**k-mer频数统计**和**基因组特征评估**两步。
- GenomeScope可以实现第二步基因组特征评估。
- 需要在jellyfish/KMC等软件的第一步结果k-mer频数分布表的基础上，GenomeScope才可实现。

推荐第一步获取k-mer频数分布表的命令：
1. jellyfish
```
jellyfish count -C -m 21 -s 1000000000 -t 10 *.fastq -o sample.jf #计算k-mer频率，生成sample.jf
jellyfish histo -t 10 sample.jf > sample.histo #生成k-mer频数直方表sample.histo和k-mer直方图
```

2. KMC
```
mkdir tmp
ls *.fastq.gz > FILES
kmc -k21 -t16 -m64 -ci1 -cs10000 @FILES kmcdb tmp #计算k-mer频率
kmc_tools transform kmcdb histogram sample.histo -cx10000 #生成k-mer直方图
```

# 2. GenomeScope概况
- GenomeScope可以利用第一步jellyfish或KMC等其他软件分析得到k-mer频数分布表(sample.histo文件)实现第二步**基因组特征评估**。
- GenomeScope1.0在2017年发表，用于二倍体物种的基因组调查；2020年又发表了GenomeScope 2.0版本，用于多倍体物种的基因组调查，并发布了用于判断物种倍性的Smudgeplot。
- **GenomeScope1.0**的基因组特征结果包括基因组大小(genome size)，杂合度(heterozygosity)，重复序列比例，GC含量等；
- **GenomeScope2.0**的基因组特征结果包括基因组大小(genome size)，杂合度(heterozygosity)，重复序列比例，GC含量，基因型比例，和基因组结构(同源/异源多倍体)等。
- GenomeScope有网页版和Linux本地版，功能一样；推荐网页版，免去安装的麻烦。

# 3. GenomeScope1.0 网页版【推荐】—— 适用于二倍体物种
GenomeScope1.0 网页版：http://qb.cshl.edu/genomescope

1. 上传第一步获得的k-mer频数分布表sample.histo文件；
2. 设置参数Kmer length为第一步选择的k-mer长度值，这里是17；
3. 参数Read length为序列读长，一般为150；
4. 参数Max kmer coverage默认是1000。

建议按照物种情况修改，比如10000，以统计更准确。

这个参数太小，可能造成过滤过多的Kmer，导致估计的基因组大小偏小的情况。

这个参数太大则可能把高拷贝数量的DNA，比如叶绿体DNA，包括进Kmer的统计，造成GenomeScope算法的误差，所以还是不推荐使用-1或太大的值。
5. 提交后几分钟就可以得到结果，保存结果图片可用于发表。

<img src="https://github.com/yanzhongsino/yanzhongsino.github.io/blob/hexo/source/images/omics_genome.survey_GenomeScope1.0.png?raw=true" width=80% ti