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 'biopieces'
  32 require 'fasta'
  33 require 'pp'
  34
  35 class Velvet
  36   def initialize(directory, sequence_file, verbose)
  37     @directory     = directory
  38     @sequence_file = sequence_file
  39     @verbose       = verbose
  40   end
  41
  42   def run_velveth(kmer_min, kmer_max, type)
  43     @kmer_min = kmer_min
  44     @kmer_max = kmer_max
  45
  46     kmer = @kmer_min
  47
  48     while kmer <= @kmer_max
  49       dir_velveth = [@directory, "Kmer_#{kmer}"].join(File::SEPARATOR)
  50
  51       Dir.mkdir(dir_velveth)
  52
  53       commands = []
  54       commands << "velveth"
  55       commands << dir_velveth
  56       commands << kmer
  57       commands << "-#{type}"
  58       commands << "-fasta"
  59       commands << @sequence_file
  60
  61       execute(commands)
  62
  63       kmer += 2
  64     end
  65   end
  66
  67   def run_velvetg(cov_cutoffs, exp_cov)
  68     Dir.glob("#{@directory}/Kmer_*").each do |dir_velveth|
  69       files_velveth = Dir.glob("#{dir_velveth}/*")
  70
  71       cov_cutoffs.each do |cov_cutoff|
  72         dir_velvetg = [dir_velveth, "Cov_cutoff_#{cov_cutoff}"].join(File::SEPARATOR)
  73
  74         Dir.mkdir(dir_velvetg)
  75         FileUtils.cp_r files_velveth, dir_velvetg
  76
  77         commands = []
  78         commands << "velvetg"
  79         commands << dir_velvetg
  80         commands << "-cov_cutoff #{cov_cutoff}"
  81         commands << "-exp_cov #{exp_cov}"
  82         commands << "-clean yes"
  83
  84         execute(commands)
  85       end
  86     end
  87   end
  88
  89   def pick_best_assembly
  90     list = []
  91
  92     Dir.glob("#{@directory}/Kmer_*/Cov_cutoff_*/contigs.fa").each do |file|
  93       n50 = fasta_n50(file)
  94       list << [file, n50]
  95     end
  96
  97     list.sort_by { |e| e.last }.last.first
  98   end
  99
 100   private
 101
 102   def execute(commands)
 103     commands.unshift "nice -n 19"
 104     commands.push "> /dev/null 2>&1" unless @verbose
 105
 106     command = commands.join(" ")
 107
 108     begin
 109       system(command)
 110       raise "Command failed: #{command}" unless $?.success?
 111     rescue
 112       $stderr.puts "Command failed: #{command}"
 113     end
 114   end
 115
 116   def fasta_n50(file)
 117     total   = 0
 118     lengths = []
 119
 120     Fasta.open(file, mode="r") do |fasta_io|
 121       fasta_io.each do |entry|
 122         total   += entry.length
 123         lengths << entry.length
 124       end
 125     end
 126
 127     n50(total, lengths)
 128   end
 129
 130   def n50(total, lengths)
 131     count = 0
 132     n50   = 0
 133
 134     lengths.sort.reverse.each do |length|
 135       count += length
 136
 137       if count >= total * 0.50
 138         n50 = length
 139         break
 140       end
 141     end
 142
 143     n50
 144   end
 145 end
 146
 147 types       = 'short,shortPaired,long,longPaired'
 148 cov_cutoffs = "2,4,8,16"
 149
 150 casts = []
 151 casts << {:long=>'directory',  :short=>'d', :type=>'dir',    :mandatory=>true,  :default=>nil,         :allowed=>nil,   :disallowed=>nil}
 152 casts << {:long=>'type',       :short=>'t', :type=>'string', :mandatory=>true,  :default=>'short',     :allowed=>types, :disallowed=>nil}
 153 casts << {:long=>'kmer_min',   :short=>'k', :type=>'uint',   :mandatory=>true,  :default=>19,          :allowed=>nil,   :disallowed=>nil}
 154 casts << {:long=>'kmer_max',   :short=>'K', :type=>'uint',   :mandatory=>true,  :default=>31,          :allowed=>nil,   :disallowed=>nil}
 155 casts << {:long=>'cov_cutoff', :short=>'c', :type=>'list',   :mandatory=>true,  :default=>cov_cutoffs, :allowed=>nil,   :disallowed=>nil}
 156 casts << {:long=>'exp_cov',    :short=>'e', :type=>'float',  :mandatory=>true,  :default=>'auto',      :allowed=>nil,   :disallowed=>nil}
 157 casts << {:long=>'clean',      :short=>'x', :type=>'flag',   :mandatory=>false, :default=>nil,         :allowed=>nil,   :disallowed=>nil}
 158
 159 bp = Biopieces.new
 160
 161 options = bp.parse(ARGV, casts)
 162
 163 raise ArgumentError, "kmer_min #{options[:kmer_min]} must be uneven." if options[:kmer_min].even?
 164 raise ArgumentError, "kmer_max #{options[:kmer_max]} must be uneven." if options[:kmer_max].even?
 165 raise ArgumentError, "kmer_min >= kmer_max: #{options[:kmer_min]} >= #{options[:kmer_max]}" unless options[:kmer_max] > options[:kmer_min]
 166
 167 Dir.mkdir(options[:directory]) unless Dir.exists?(options[:directory])
 168
 169 file_fasta = [options[:directory], "sequence_in.fna"].join(File::SEPARATOR)
 170
 171 Fasta.open(file_fasta, mode="w") do |fasta_io|
 172   bp.each_record do |record|
 173     fasta_io.puts record
 174   end
 175 end
 176
 177 unless File.size(file_fasta) == 0
 178   velvet = Velvet.new(options[:directory], file_fasta, options[:verbose])
 179   velvet.run_velveth(options[:kmer_min], options[:kmer_max], options[:type])
 180   velvet.run_velvetg(options[:cov_cutoff], options[:exp_cov])
 181   file_contigs = velvet.pick_best_assembly
 182
 183   Fasta.open(file_contigs, mode="r") do |fasta_io|
 184     fasta_io.each do |entry|
 185       bp.puts entry.to_bp
 186     end
 187   end
 188 end
 189
 190 FileUtils.remove_entry_secure options[:directory] if options[:clean]
 191
 192
 193 # >>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>><<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<
 194
 195
 196 __END__