bp_bin/assemble_seq_velvet

   1 #!/usr/bin/env ruby
   2
   3 # Copyright (C) 2007-2011 Martin A. Hansen.
   4
   5 # This program is free software; you can redistribute it and/or
   6 # modify it under the terms of the GNU General Public License
   7 # as published by the Free Software Foundation; either version 2
   8 # of the License, or (at your option) any later version.
   9
  10 # This program is distributed in the hope that it will be useful,
  11 # but WITHOUT ANY WARRANTY; without even the implied warranty of
  12 # MERCHANTABILITY or FITNESS FOR A PARTICULAR PURPOSE.  See the
  13 # GNU General Public License for more details.
  14
  15 # You should have received a copy of the GNU General Public License
  16 # along with this program; if not, write to the Free Software
  17 # Foundation, Inc., 51 Franklin Street, Fifth Floor, Boston, MA 02110-1301, USA.
  18
  19 # http://www.gnu.org/copyleft/gpl.html
  20
  21 # >>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>><<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<
  22
  23 # This program is part of the Biopieces framework (www.biopieces.org).
  24
  25 # >>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>> DESCRIPTION <<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<
  26
  27 # Assemble sequences in the stream using Velvet.
  28
  29 # >>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>><<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<
  30
  31 require 'maasha/biopieces'
  32 require 'maasha/fasta'
  33
  34 class Velvet
  35   def initialize(directory, sequence_file, verbose)
  36     @directory     = directory
  37     @sequence_file = sequence_file
  38     @verbose       = verbose
  39   end
  40
  41   def run_velveth(kmer_min, kmer_max, type)
  42     @kmer_min = kmer_min
  43     @kmer_max = kmer_max
  44
  45     kmer = @kmer_min
  46
  47     while kmer <= @kmer_max
  48       dir_velveth = File.join(@directory, "Kmer_#{kmer}")
  49
  50       Dir.mkdir(dir_velveth)
  51
  52       commands = []
  53       commands << "velveth"
  54       commands << dir_velveth
  55       commands << kmer
  56       commands << "-#{type}"
  57       commands << "-fasta"
  58       commands << @sequence_file
  59
  60       execute(commands)
  61
  62       kmer += 2
  63     end
  64   end
  65
  66   def run_velvetg(cov_cutoffs, exp_cov)
  67     Dir.glob("#{@directory}/Kmer_*").each do |dir_velveth|
  68       files_velveth = Dir.glob("#{dir_velveth}/*")
  69
  70       cov_cutoffs.each do |cov_cutoff|
  71         dir_velvetg = File.join(dir_velveth, "Cov_cutoff_#{cov_cutoff}")
  72
  73         Dir.mkdir(dir_velvetg)
  74         FileUtils.cp_r files_velveth, dir_velvetg
  75
  76         commands = []
  77         commands << "velvetg"
  78         commands << dir_velvetg
  79         commands << "-cov_cutoff #{cov_cutoff}"
  80         commands << "-exp_cov #{exp_cov}"
  81         commands << "-clean yes"
  82
  83         execute(commands)
  84       end
  85     end
  86   end
  87
  88   def pick_best_assembly
  89     list = []
  90
  91     Dir.glob("#{@directory}/Kmer_*/Cov_cutoff_*/contigs.fa").each do |file|
  92       n50 = fasta_n50(file)
  93       list << [file, n50]
  94     end
  95
  96     list.sort_by { |e| e.last }.last.first
  97   end
  98
  99   private
 100
 101   def execute(commands)
 102     commands.unshift "nice -n 19"
 103     commands.push "> /dev/null 2>&1" unless @verbose
 104
 105     command = commands.join(" ")
 106
 107     begin
 108       system(command)
 109       raise "Command failed: #{command}" unless $?.success?
 110     rescue
 111       $stderr.puts "Command failed: #{command}"
 112     end
 113   end
 114
 115   def fasta_n50(file)
 116     total   = 0
 117     lengths = []
 118     count   = 0
 119     n50     = 0
 120
 121     Fasta.open(file, mode="r") do |fasta_io|
 122       fasta_io.each do |entry|
 123         total   += entry.length
 124         lengths << entry.length
 125       end
 126     end
 127
 128     lengths.sort.reverse.each do |length|
 129       count += length
 130
 131       if count >= total * 0.50
 132         n50 = length
 133         break
 134       end
 135     end
 136
 137     n50
 138   end
 139 end
 140
 141 types       = 'short,shortPaired,long,longPaired'
 142 cov_cutoffs = "2,4,8,16"
 143
 144 casts = []
 145 casts << {:long=>'directory',  :short=>'d', :type=>'dir',    :mandatory=>true,  :default=>nil,         :allowed=>nil,   :disallowed=>nil}
 146 casts << {:long=>'type',       :short=>'t', :type=>'string', :mandatory=>true,  :default=>'short',     :allowed=>types, :disallowed=>nil}
 147 casts << {:long=>'kmer_min',   :short=>'k', :type=>'uint',   :mandatory=>true,  :default=>19,          :allowed=>nil,   :disallowed=>nil}
 148 casts << {:long=>'kmer_max',   :short=>'K', :type=>'uint',   :mandatory=>true,  :default=>31,          :allowed=>nil,   :disallowed=>nil}
 149 casts << {:long=>'cov_cutoff', :short=>'c', :type=>'list',   :mandatory=>true,  :default=>cov_cutoffs, :allowed=>nil,   :disallowed=>nil}
 150 casts << {:long=>'exp_cov',    :short=>'e', :type=>'float',  :mandatory=>true,  :default=>'auto',      :allowed=>nil,   :disallowed=>nil}
 151 casts << {:long=>'clean',      :short=>'X', :type=>'flag',   :mandatory=>false, :default=>nil,         :allowed=>nil,   :disallowed=>nil}
 152
 153 options = Biopieces.options_parse(ARGV, casts)
 154
 155 raise ArgumentError, "kmer_min #{options[:kmer_min]} must be uneven." if options[:kmer_min].even?
 156 raise ArgumentError, "kmer_max #{options[:kmer_max]} must be uneven." if options[:kmer_max].even?
 157 raise ArgumentError, "kmer_min >= kmer_max: #{options[:kmer_min]} >= #{options[:kmer_max]}" unless options[:kmer_max] > options[:kmer_min]
 158
 159 Dir.mkdir(options[:directory]) unless Dir.exists?(options[:directory])
 160
 161 file_fasta = File.join(options[:directory], "sequence_in.fna")
 162
 163 Biopieces.open(options[:stream_in], options[:stream_out]) do |input, output|
 164   Fasta.open(file_fasta, mode="w") do |fasta_io|
 165     input.each_record do |record|
 166       if record[:SEQ_NAME] and record[:SEQ]
 167         seq = Seq.new_bp(record)
 168         fasta_io.puts seq.to_fasta
 169       end
 170     end
 171         end
 172
 173         unless File.size(file_fasta) == 0
 174                 velvet = Velvet.new(options[:directory], file_fasta, options[:verbose])
 175                 velvet.run_velveth(options[:kmer_min], options[:kmer_max], options[:type])
 176                 velvet.run_velvetg(options[:cov_cutoff], options[:exp_cov])
 177                 file_contigs = velvet.pick_best_assembly
 178
 179                 Fasta.open(file_contigs, mode="r") do |fasta_io|
 180                         fasta_io.each do |entry|
 181                                 output.puts entry.to_bp
 182                         end
 183                 end
 184         end
 185 end
 186
 187 FileUtils.remove_entry_secure file_fasta
 188 FileUtils.remove_entry_secure options[:directory] if options[:clean]
 189
 190
 191 # >>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>><<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<
 192
 193
 194 __END__