比较基因组基因组生物信息学

超级详细的ka、ks分析

2021-07-03  本文已影响0人  MLD_TRNA

1 文件准备

首先准备两个文件,一个是基因的cds序列,一个是蛋白质序列。

cds序列和蛋白质可以在ensembl网站找到:http://ftp.ensembl.org/pub/current_fasta/

这两个文件的示例如下:

cds序列文件cds.fa

>gene1
ATGGAGGTTGCAATGGTGAGTGCGGAGAGCTCAGGATGCAACAGTCACATGCCTTACGGT
TATGCTGCCCAGGCCCGGGCCCGGGAGCGGGAGAGGCTTGCTCACTCCAGGGCAGCTGCG
GCAGCTGCCGTTGCAGCGGCCACAGCTGCCGTCGAAGGAAGTGGGGGTTCTGGTGGGGGG
>gene2
ATGGAGGTTGCAATGGTGAGTGCGGAGAGCTCAGGGTGCAACAGTCACATGCCTTATGGT
TATGCTGCCCAGGCCCGGGCCCGGGAGCGGGAGAGGCTTGCTCACTCCAGGGCAGCTGCA
GCAGCTGCTGTTGCAGCGGCCACAGCTGCTGTCGAAGGTAGCGGGGGTTCTGGTGGGGGC
TCCCAC
>gene3
ATGGAGGTGGCGATGGTGAGTGCGGAGAGCTCAGGGTGCAACAGTCACATGCCTTACGGG
TACGCGGCCCAGGCCCGGGCCCGGGAGCGGGAGAGGCTGGCTCACTCCCGGGCGGCGGCG
GCCGCCGCCGTCGCGGCTGCCACGGCTGCCGTGGAAGGCAGTGGGGGGCCTGG

蛋白质序列pep.fa

>gene1
MEVAMVSAESSGCNSHMPYGYAAQARARERERLAHSRAAAAAAVAAATAAVEGSGGSGGG
>gene2
MEVAMVSAESSRCNSHMPYGYAAQARARERERLAHSRAAAAAAVAAATAAVEGSGSSGGGSH
>gene3
MEVAMVSAESSGCNSHMPYGYAAQARARERERLAHSRAAAAAAVAAAKAAVEGSGGP

注意:cds.fapep.fa文件的序列ID号(gene1,2,3)要一致。

2 对蛋白质序列pep.fa进行比对

进行蛋白质序列比对前,需要先安装mafft软件。

下载mafft软件:

wget https://mafft.cbrc.jp/alignment/software/mafft-7.453-with-extensions-src.tgz

tar -zxvf mafft-7.453-with-extensions-src.tgz

cd mafft-7.453-with-extensions/core

安装:
1)有root权限用户安装法:

make clean
make
su
make install

2)无root权限用户安装法:

vi Makefile

进入makefile文件后,修改第一行和第三行,如下所示两张图,分别为修改前和修改后(请务必修改你有权限的路径):

图片.png
图片.png

安装成功后,输入命令

mafft --auto pep.fa > alig_pep.fa

生成的alig_pep.fa文件如下


图片.png

3 将比对好的蛋白质序列与cds序列比对

这一步需要下载pal2nal.pl文件

wget http://www.bork.embl.de/pal2nal/distribution/pal2nal.v14.tar.gz
tar -zxvf pal2nal.v14.tar.gz
cd pal2nal.v14/

下载后就能看见pal2nal.pl这个文件

随后将蛋白质序列与cds序列比对

pal2nal.pl alig_pep.fa cds.fa -output fasta > cds_pep_aln.fa

比对好的cds_pep_aln.fa文件如下所示:

图片.png

4 生成计算kaks值时的基因对

计算kaks值前需要先将cds_pep_aln.fa文件拆分:

csplit cds_pep_aln.fa /\>/ -n2 -s {*} -f gene -b "%1d.fa" ; rm gene0.fa

拆分后,会生成gene1.fagene2.fagene3.fa三个文件。

接下来,将生成的gene1.fagene2.fagene3.fa组成新的基因对gene1-gene2gene1-gene3gene2-gene3,见如下命令:

for i in $(seq 1 3)
do
cat gene1.fa gene${i}.fa > gene1_${i}.fa
done
cat gene2.fa gene3.fa > gene2_3.fa

生成如下几个文件:
gene1_1.fa
gene1_2.fa
gene1_3.fa
gene2_3.fa
其中,gene1_2.fagene1_3.fagene2_3.fa为我们所需的基因对。

这里将他们提取成基因对,而不是多条序列进行计算的原因是,KaKs_Calculator这个软件在处理多序列的输入文件时,会报错:Error. The size of two sequences in 'gene1&gene2' is not equal。我尝试了很多遍,发现只能提取成基因对才不会报这种错误。当然,偶尔运气好的时候,KaKs_Calculator是能处理多序列的kaks值的,为了防止出错,我们还是将他们拆开计算好一点。

5 将gene1_2.fagene1_3.fagene2_3.fa文件转化为axt文件

转化为axt文件需要下载parseFastaIntoAXT.pl文件,文件地址:https://gitee.com/liaochenlanruo/kaks_pupline/blob/master/parseFastaIntoAXT.pl

下载后,输入如下命令:

for i in *.fa
do
echo $i
perl parseFastaIntoAXT.pl $i
done

生成三个文件:

gene1_2.fa.axt
gene1_3.fa.axt
gene2_3.fa.axt

6 计算ka/ks值

下载安装kakscalculator
下载链接:https://sourceforge.net/projects/kakscalculator2/
输入以下命令:

for i in *.fa.axt
do
echo $i
KaKs_Calculator -i $i -o ${i%%.*}.kaks
done

生成三个文件:gene1_2.kaksgene1_3.kaksgene2_3.kaks

到这一步,批量计算kaks值的工作就已经搞定。

这里附上安装kaks_calculator软件可能会遇到报错:
g++ -O -o AXTConvertor AXTConvertor.cpp -lstdc++ -lm
AXTConvertor.cpp: In function ?.ool readPhylip()?.
AXTConvertor.cpp:210:22: error: ?.toi?.was not declared in this scope
if (atoi(num.c_str())!=sequence.size()){

AXTConvertor.cpp: In function ?.ool readNexus()?.
AXTConvertor.cpp:338:39: error: ?.toi?.was not declared in this scope
if (sequence.size()!=atoi(num.c_str())) >{
make: *** [AXTConvertor] Error 1

解决方法在这里:

编辑KaKs.cpp文件,加上include "string.h"

编辑AXTConvertor.cpp文件,加上include "stdlib.h"

编辑GY94.cpp文件,加上 include "string.h"

如无报错请忽略上述内容。

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