bwa によるマッピング

このページの最終更新日: 2024/09/30

概要: bwa とは

bwa は、bowtie2 などと似たマッピングプログラムである。Burrow Wheeler Aligner の略であるはずだが、BWA alighner という表現も見かける。BWA には、以下のような特徴がある。

リファレンス配列を Burrows-Wheeler 変換しているため、高速かつメモリ消費が低い (2)。
デフォルトで bowtie2 よりもミスマッチの許容度が大きい。たとえば aln を実行すると、225bp reads: max_diff = 9 などの設定が最初に出力される。bowtie2 は 0 か 1 しか選べない。
イントロンのような長い挿入があると、マッピングに失敗する (2)。そのため、真核生物の RNA-seq データにはほとんど使われておらず、ゲノムリードのマッピングによく使われる。

Ubuntu 20.4 では sudo apt install bwa で大丈夫だった。GitHub も参照のこと。

Mac では、上記の github からフォルダをダウンロードし、make でコンパイルする。リンク先を参照のこと。

-a でアルゴリズムを is または bwtsw から選択。is は 2G 以下の小さなゲノム用。細菌などのデータ解析、bwtsw よりも高速。

それ以上の大きなゲノムには bwtsw を使う。

bwa index -a bwtsw input.fasta

インデックスの名前を指定したい場合、-p オプションを使う。-p indexname として指定。

BWA には 3 つのマッピングモードがある。

backtrack	bwa aln で実行する。100 bp 程度までのショートリードのマッピングに使う (2)。
bwasw	ロングリードのマッピング。70 から数 Mb までマッピング可能。
mem	同じく 70 から数 Mb までのロングリードのマッピングで、ギャップが多いと予想される場合。

Single-end の場合は、以下のようにして実行する。aln/bwasw/mem から 1 つを選択。

bwa aln/bwasw/mem indexname input.fastq > output.sam

Paired-end の場合は、単に 2 つのリードが含まれるファイルを並べる。

bwa aln/bwasw/mem indexname input_1.fastq input_2.fastq > output.sam

アウトプットは ~~bam または~~ sam ファイルになる。一度、間違えて > output.bam の形で出力したところ、ファイルは生成されたが、どうやっても情報を取り出すことができなかった。samtools の使い方のページも参照のこと。

mem, bwasw など、どのプログラムを使うかによってパラメーターが変わる。詳細はマニュアルを参照のこと。 [3] のように [ ] の中に書かれている値がデフォルトである。

私がいじったことがあるパラメーターのみを表にしておく。bwasw のパラメーターである。

a	-a INT で　score of match つまりマッチしたときに加算されるスコアを指定する。デフォルトは 1。
b	-b INT で mismatch penalty を指定する。デフォルトは 3。
q	-q INT で gap open penalty を指定する。デフォルトは 5。

これらのパラメーターをいろいろ変えて、マッピングがどうなるか試してみたことがある。

a = 2, b = 1, q = 1。とにかくマッチングを高得点にして、mismatch にも gap open にも寛容な設定。マッピングされる数は増えるが、どのようにマップされたか igv でみてみると、こんな感じ。

ある塩基には、7 つのリードがマップされている。うち A が 2 つ、G が 2 つ、gap (DEL) が 3 つ。これでは話にならないほど正確性が低い。

a = 1, b = 1, q = 5 の結果。上記と同じマッピングだが、領域は違う。全体を見渡して、適当と思われる部分のスクリーンショットを撮っている。

Coverage で灰色の領域があって良さそうに見えるが、実はこの領域はリピート。同じリピートをもつリードがここにマップされ、左側の方ではミスマッチがたくさんある。この場合、上の 3 つは同じ領域だろうが、それ以外はたぶん違うだろう。

ということで、この設定でも緩すぎると思われる。

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