]> git.donarmstrong.com Git - rsem.git/blob - rsem-calculate-expression
ccfc643e1c0cbb2963fcc34159193dd72cd27103
[rsem.git] / rsem-calculate-expression
1 #!/usr/bin/env perl
2
3 use Getopt::Long;
4 use Pod::Usage;
5
6 use FindBin;
7 use lib $FindBin::RealBin;
8 use rsem_perl_utils qw(runCommand collectResults showVersionInfo);
9
10 use Env qw(@PATH);
11 @PATH = ($FindBin::RealBin, "$FindBin::RealBin/sam", @PATH);
12
13 use strict;
14
15 #const
16 my $BURNIN = 200;
17 my $NCV = 1000;
18 my $SAMPLEGAP = 1;
19 my $CONFIDENCE = 0.95;
20 my $NSPC = 50;
21
22 my $NMB = 1024; # default
23 my $SortMem = "1G"; # default as 1G per thread
24
25 my $status = 0;
26
27 my $read_type = 1; # default, single end with qual
28
29 my $bowtie_path = "";
30 my $C = 2;
31 my $E = 99999999;
32 my $L = 25;
33 my $maxHits = 200;
34 my $chunkMbs = 0;       # 0 = use bowtie default
35 my $phred33 = 0;
36 my $phred64 = 0;
37 my $solexa = 0;
38
39 my $is_sam = 0;
40 my $is_bam = 0;
41 my $fn_list = "";
42 my $tagName = "XM";
43
44 my $probF = 0.5;
45
46 my $minL = 1;
47 my $maxL = 1000;
48 my $mean = -1;
49 my $sd = 0;
50
51 my $estRSPD = 0;
52 my $B = 20;
53
54 my $nThreads = 1;
55 my $genBamF = 1;  # default is generating transcript bam file
56 my $genGenomeBamF = 0;
57 my $sampling = 0;
58 my $calcPME = 0;
59 my $calcCI = 0;
60 my $quiet = 0;
61 my $help = 0;
62
63 my $paired_end = 0;
64 my $no_qual = 0;
65 my $keep_intermediate_files = 0;
66
67 my $strand_specific = 0;
68
69 my $bowtie2 = 0;
70 my $bowtie2_path = "";
71 my $bowtie2_mismatch_rate = 0.1;
72 my $bowtie2_k = 200;
73 my $bowtie2_sensitivity_level = "sensitive"; # must be one of "very_fast", "fast", "sensitive", "very_sensitive"
74
75 my $seed = "NULL";
76
77 my $version = 0;
78
79 my $mTime = 0;
80 my ($time_start, $time_end, $time_alignment, $time_rsem, $time_ci) = (0, 0, 0, 0, 0);
81
82 my $mate1_list = "";
83 my $mate2_list = "";
84 my $inpF = "";
85
86 my ($refName, $sampleName, $sampleToken, $temp_dir, $stat_dir, $imdName, $statName) = ();
87 my $gap = 32;
88
89 my $alleleS = 0;
90
91 GetOptions("keep-intermediate-files" => \$keep_intermediate_files,
92            "temporary-folder=s" => \$temp_dir,
93            "no-qualities" => \$no_qual,
94            "paired-end" => \$paired_end,
95            "strand-specific" => \$strand_specific,
96            "sam" => \$is_sam,
97            "bam" => \$is_bam,
98            "sam-header-info=s" => \$fn_list,
99            "tag=s" => \$tagName,
100            "seed-length=i" => \$L,
101            "bowtie-path=s" => \$bowtie_path,
102            "bowtie-n=i" => \$C,
103            "bowtie-e=i" => \$E,
104            "bowtie-m=i" => \$maxHits,
105            "bowtie-chunkmbs=i" => \$chunkMbs,
106            "phred33-quals" => \$phred33,
107            "phred64-quals" => \$phred64, #solexa1.3-quals" => \$phred64,
108            "solexa-quals" => \$solexa,
109            "bowtie2" => \$bowtie2,
110            "bowtie2-path=s" => \$bowtie2_path,
111            "bowtie2-mismatch-rate=f" => \$bowtie2_mismatch_rate,
112            "bowtie2-k=i" => \$bowtie2_k,
113            "bowtie2-sensitivity-level=s" => \$bowtie2_sensitivity_level,
114            "forward-prob=f" => \$probF,
115            "fragment-length-min=i" => \$minL,
116            "fragment-length-max=i" => \$maxL,
117            "fragment-length-mean=f" => \$mean,
118            "fragment-length-sd=f" => \$sd,
119            "estimate-rspd" => \$estRSPD,
120            "num-rspd-bins=i" => \$B,
121            "p|num-threads=i" => \$nThreads,
122            "no-bam-output" => sub { $genBamF = 0; },
123            "output-genome-bam" => \$genGenomeBamF,
124            "sampling-for-bam" => \$sampling,
125            "calc-pme" => \$calcPME,
126            "calc-ci" => \$calcCI,
127            "ci-memory=i" => \$NMB,
128            "samtools-sort-mem=s" => \$SortMem,
129            "seed=i" => \$seed,
130            "time" => \$mTime,
131            "version" => \$version,
132            "q|quiet" => \$quiet,
133            "h|help" => \$help) or pod2usage(-exitval => 2, -verbose => 2);
134
135 pod2usage(-verbose => 2) if ($help == 1);
136 &showVersionInfo($FindBin::RealBin) if ($version == 1);
137
138 #check parameters and options
139
140 if ($is_sam || $is_bam) {
141     pod2usage(-msg => "Invalid number of arguments!", -exitval => 2, -verbose => 2) if (scalar(@ARGV) != 3);
142     pod2usage(-msg => "--sam and --bam cannot be active at the same time!", -exitval => 2, -verbose => 2) if ($is_sam == 1&& $is_bam == 1);
143     pod2usage(-msg => "--bowtie-path, --bowtie-n, --bowtie-e, --bowtie-m, --phred33-quals, --phred64-quals, --solexa-quals, --bowtie2, --bowtie2-path, --bowtie2-mismatch-rate, --bowtie2-k and --bowtie2-sensitivity-level cannot be set if input is SAM/BAM format!", -exitval => 2, -verbose => 2) if ($bowtie_path ne "" || $C != 2 || $E != 99999999 || $maxHits != 200 || $phred33 || $phred64 || $solexa || $bowtie2 || $bowtie2_path ne "" || $bowtie2_mismatch_rate != 0.1 || $bowtie2_k != 200 || $bowtie2_sensitivity_level ne "sensitive");
144 }
145 else {
146     pod2usage(-msg => "Invalid number of arguments!", -exitval => 2, -verbose => 2) if (!$paired_end && scalar(@ARGV) != 3 || $paired_end && scalar(@ARGV) != 4);    
147     pod2usage(-msg => "If --no-qualities is set, neither --phred33-quals, --phred64-quals or --solexa-quals can be active!", -exitval => 2, -verbose => 2) if ($no_qual && ($phred33 + $phred64 + $solexa > 0));
148     pod2usage(-msg => "Only one of --phred33-quals, --phred64-quals, and --solexa-quals can be active!", -exitval => 2, -verbose => 2) if ($phred33 + $phred64 + $solexa > 1);    
149     pod2usage(-msg => "--sam , --bam or --sam-header-info cannot be set if use bowtie/bowtie2 aligner to produce alignments!", -exitval => 2, -verbose => 2) if ($is_sam || $is_bam || $fn_list ne "");
150     pod2usage(-msg => "--bowtie2-path, --bowtie2-mismatch-rate, --bowtie2-k and --bowtie2-sensitivity-level cannot be set if bowtie aligner is used!", -exitval => 2, -verbose => 2) if (!$bowtie2 && ($bowtie2_path ne "" || $bowtie2_mismatch_rate != 0.1 || $bowtie2_k != 200 || $bowtie2_sensitivity_level ne "sensitive"));
151     pod2usage(-msg => "--bowtie-path, --bowtie-n, --bowtie-e, --bowtie-m cannot be set if bowtie2 aligner is used!", -exitval => 2, -verbose => 2) if ($bowtie2 && ($bowtie_path ne "" || $C != 2 || $E != 99999999 || $maxHits != 200));
152     pod2usage(-msg => "Mismatch rate must be within [0, 1]!", -exitval => 2, -verbose => 2) if ($bowtie2 && ($bowtie2_mismatch_rate < 0.0 || $bowtie2_mismatch_rate > 1.0));
153     pod2usage(-msg => "Sensitivity level must be one of \"very_fast\", \"fast\", \"sensitive\", and \"very_sensitive\"!", -exitval => 2, -verbose => 2) if ($bowtie2 && (($bowtie2_sensitivity_level ne "very_fast") && ($bowtie2_sensitivity_level ne "fast") && ($bowtie2_sensitivity_level ne "sensitive") && ($bowtie2_sensitivity_level ne "very_sensitive"))); 
154 }
155
156 pod2usage(-msg => "Forward probability should be in [0, 1]!", -exitval => 2, -verbose => 2) if ($probF < 0 || $probF > 1);
157 pod2usage(-msg => "Min fragment length should be at least 1!", -exitval => 2, -verbose => 2) if ($minL < 1);
158 pod2usage(-msg => "Min fragment length should be smaller or equal to max fragment length!", -exitval => 2, -verbose => 2) if ($minL > $maxL);
159 pod2usage(-msg => "The memory allocated for calculating credibility intervals should be at least 1 MB!\n", -exitval => 2, -verbose => 2) if ($NMB < 1);
160 pod2usage(-msg => "Number of threads should be at least 1!\n", -exitval => 2, -verbose => 2) if ($nThreads < 1);
161 pod2usage(-msg => "Seed length should be at least 5!\n", -exitval => 2, -verbose => 2) if ($L < 5);
162 pod2usage(-msg => "--sampling-for-bam cannot be specified if --no-bam-output is specified!\n", -exitval => 2, -verbose => 2) if ($sampling && !$genBamF);
163 pod2usage(-msg => "--output-genome-bam cannot be specified if --no-bam-output is specified!\n", -exitval => 2, -verbose => 2) if ($genGenomeBamF && !$genBamF);
164 pod2usage(-msg => "The seed for random number generator must be a non-negative 32bit integer!\n", -exitval => 2, -verbose => 2) if (($seed ne "NULL") && ($seed < 0 || $seed > 0xffffffff));
165
166 if ($L < 25) { print "Warning: the seed length set is less than 25! This is only allowed if the references are not added poly(A) tails.\n"; }
167
168 if ($strand_specific) { $probF = 1.0; }
169
170 if ($paired_end) {
171     if ($no_qual) { $read_type = 2; }
172     else { $read_type = 3; }
173 }
174 else {
175     if ($no_qual) { $read_type = 0; }
176     else { $read_type = 1; }
177 }
178
179 if (scalar(@ARGV) == 3) {
180     if ($is_sam || $is_bam) { $inpF = $ARGV[0]; } 
181     else {$mate1_list = $ARGV[0]; }
182     $refName = $ARGV[1];
183     $sampleName = $ARGV[2];
184 }
185 else {
186     $mate1_list = $ARGV[0];
187     $mate2_list = $ARGV[1];
188     $refName = $ARGV[2];
189     $sampleName = $ARGV[3];
190 }
191
192 if (((-e "$refName.ta") && !(-e "$refName.gt")) || (!(-e "$refName.ta") && (-e "$refName.gt"))) {
193     print "Allele-specific expression related reference files are corrupted!\n";
194     exit(-1);
195 }
196
197 $alleleS = (-e "$refName.ta") && (-e "$refName.gt");
198
199 if ($genGenomeBamF) {
200     open(INPUT, "$refName.ti");
201     my $line = <INPUT>; chomp($line);
202     close(INPUT);
203     my ($M, $type) = split(/ /, $line);
204     pod2usage(-msg => "No genome information provided, so genome bam file cannot be generated!\n", -exitval => 2, -verbose => 2) if ($type != 0);
205 }
206
207 my $pos = rindex($sampleName, '/');
208 if ($pos < 0) { $sampleToken = $sampleName; }
209 else { $sampleToken = substr($sampleName, $pos + 1); }
210
211 if ($temp_dir eq "") { $temp_dir = "$sampleName.temp"; }
212 $stat_dir = "$sampleName.stat";
213
214 if (!(-d $temp_dir) && !mkdir($temp_dir)) { print "Fail to create folder $temp_dir.\n"; exit(-1); }
215 if (!(-d $stat_dir) && !mkdir($stat_dir)) { print "Fail to create folder $stat_dir.\n"; exit(-1); }
216
217 $imdName = "$temp_dir/$sampleToken";
218 $statName = "$stat_dir/$sampleToken";
219
220 if (!$is_sam && !$is_bam && !$no_qual && ($phred33 + $phred64 + $solexa == 0)) { $phred33 = 1; }
221
222 my ($mate_minL, $mate_maxL) = (1, $maxL);
223
224 if ($bowtie_path ne "") { $bowtie_path .= "/"; }
225 if ($bowtie2_path ne "") { $bowtie2_path .= "/"; }
226
227 my $command = "";
228
229 if (!$is_sam && !$is_bam) {
230     if (!$bowtie2) {
231         $command = $bowtie_path."bowtie";
232         if ($no_qual) { $command .= " -f"; }
233         else { $command .= " -q"; }
234     
235         if ($phred33) { $command .= " --phred33-quals"; }
236         elsif ($phred64) { $command .= " --phred64-quals"; }
237         elsif ($solexa) { $command .= " --solexa-quals"; }
238     
239         $command .= " -n $C -e $E -l $L";
240         if ($read_type == 2 || $read_type == 3) { $command .= " -I $minL -X $maxL"; }
241         if ($chunkMbs > 0) { $command .= " --chunkmbs $chunkMbs"; }
242         
243         if ($strand_specific || $probF == 1.0) { $command .= " --norc"; }
244         elsif ($probF == 0.0) { $command .= " --nofw"; }
245         
246         $command .= " -p $nThreads -a -m $maxHits -S";
247         if ($quiet) { $command .= " --quiet"; }    
248
249         $command .= " $refName";
250         if ($read_type == 0 || $read_type == 1) {
251             $command .= " $mate1_list"; 
252         }
253         else {
254             $command .= " -1 $mate1_list -2 $mate2_list";
255         }
256
257         # pipe to samtools to generate a BAM file
258         $command .= " | samtools view -S -b -o $imdName.bam -";
259     }
260     else {
261         $command = $bowtie2_path."bowtie2";
262         if ($no_qual) { $command .= " -f"; }
263         else { $command .= " -q"; }
264
265         if ($phred33) { $command .= " --phred33"; }
266         elsif ($phred64) { $command .= " --phred64"; }
267         elsif ($solexa) { $command .= " --solexa-quals"; }
268
269         if ($bowtie2_sensitivity_level eq "very_fast") { $command .= " --very-fast"; }
270         elsif ($bowtie2_sensitivity_level eq "fast") { $command .= " --fast"; }
271         elsif ($bowtie2_sensitivity_level eq "sensitive") { $command .= " --sensitive"; }
272         else { $command .= " --very-sensitive"; }
273
274         $command .= " --dpad 0 --gbar 99999999 --mp 1,1 --np 1 --score-min L,0,-$bowtie2_mismatch_rate";  
275
276         if ($read_type == 2 || $read_type == 3) { $command .= " -I $minL -X $maxL --no-mixed --no-discordant"; }
277
278         if ($strand_specific || $probF == 1.0) { $command .= " --norc"; }
279         elsif ($probF == 0.0) { $command .= " --nofw"; }
280         
281         $command .= " -p $nThreads -k $bowtie2_k";
282         if ($quiet) { $command .= " --quiet"; }    
283
284         $command .= " -x $refName";
285         if ($read_type == 0 || $read_type == 1) {
286             $command .= " -U $mate1_list"; 
287         }
288         else {
289             $command .= " -1 $mate1_list -2 $mate2_list";
290         }
291
292         # pipe to samtools to generate a BAM file
293         $command .= " | samtools view -S -b -o $imdName.bam -";
294     }
295
296     if ($mTime) { $time_start = time(); }
297
298     &runCommand($command);
299
300     if ($mTime) { $time_end = time(); $time_alignment = $time_end - $time_start; }
301
302     $inpF = "$imdName.bam";
303     $is_bam = 1; # alignments are outputed as a BAM file
304 }
305
306 if ($mTime) { $time_start = time(); }
307
308 $command = "rsem-parse-alignments $refName $imdName $statName";
309
310 my $samInpType;
311 if ($is_sam) { $samInpType = "s"; } 
312 elsif ($is_bam) { $samInpType = "b"; }
313
314 $command .= " $samInpType $inpF -t $read_type";
315 if ($fn_list ne "") { $command .= " -l $fn_list"; }
316 if ($tagName ne "") { $command .= " -tag $tagName"; }
317 if ($quiet) { $command .= " -q"; }
318
319 &runCommand($command);
320
321 $command = "rsem-build-read-index $gap"; 
322 if ($read_type == 0) { $command .= " 0 $quiet $imdName\_alignable.fa"; }
323 elsif ($read_type == 1) { $command .= " 1 $quiet $imdName\_alignable.fq"; }
324 elsif ($read_type == 2) { $command .= " 0 $quiet $imdName\_alignable_1.fa $imdName\_alignable_2.fa"; }
325 elsif ($read_type == 3) { $command .= " 1 $quiet $imdName\_alignable_1.fq $imdName\_alignable_2.fq"; }
326 else { print "Impossible! read_type is not in [1,2,3,4]!\n"; exit(-1); }
327 &runCommand($command);
328
329 my $doesOpen = open(OUTPUT, ">$imdName.mparams");
330 if ($doesOpen == 0) { print "Cannot generate $imdName.mparams!\n"; exit(-1); }
331 print OUTPUT "$minL $maxL\n";
332 print OUTPUT "$probF\n";
333 print OUTPUT "$estRSPD\n";
334 print OUTPUT "$B\n";
335 print OUTPUT "$mate_minL $mate_maxL\n";
336 print OUTPUT "$mean $sd\n";
337 print OUTPUT "$L\n";
338 close(OUTPUT);  
339
340 my @seeds = ();
341 if ($seed ne "NULL") { 
342     srand($seed); 
343     for (my $i = 0; $i < 3; $i++) {
344         push(@seeds, int(rand(1 << 32))); 
345     }
346 }
347
348 $command = "rsem-run-em $refName $read_type $sampleName $imdName $statName -p $nThreads";
349 if ($genBamF) { 
350     $command .= " -b $samInpType $inpF";
351     if ($fn_list ne "") { $command .= " 1 $fn_list"; }
352     else { $command .= " 0"; }
353     if ($sampling) { $command .= " --sampling"; }
354     if ($seed ne "NULL") { $command .= " --seed $seeds[0]"; }
355 }
356 if ($calcPME || $calcCI) { $command .= " --gibbs-out"; }
357 if ($quiet) { $command .= " -q"; }
358
359 &runCommand($command);
360
361 if ($alleleS) {
362     &collectResults("allele", "$imdName.allele_res", "$sampleName.alleles.results"); # allele level
363     &collectResults("isoform", "$imdName.iso_res", "$sampleName.isoforms.results"); # isoform level
364     &collectResults("gene", "$imdName.gene_res", "$sampleName.genes.results"); # gene level
365
366 else {
367     &collectResults("isoform", "$imdName.iso_res", "$sampleName.isoforms.results"); # isoform level
368     &collectResults("gene", "$imdName.gene_res", "$sampleName.genes.results"); # gene level
369 }
370
371 if ($genBamF) {
372     $command = "samtools sort -@ $nThreads -m $SortMem $sampleName.transcript.bam $sampleName.transcript.sorted";
373     &runCommand($command);
374     $command = "samtools index $sampleName.transcript.sorted.bam";
375     &runCommand($command);
376
377     if ($genGenomeBamF) {
378         $command = "rsem-tbam2gbam $refName $sampleName.transcript.bam $sampleName.genome.bam";
379         &runCommand($command);
380         $command = "samtools sort -@ $nThreads -m $SortMem $sampleName.genome.bam $sampleName.genome.sorted";
381         &runCommand($command);
382         $command = "samtools index $sampleName.genome.sorted.bam";
383         &runCommand($command);
384     }
385 }
386
387 if ($mTime) { $time_end = time(); $time_rsem = $time_end - $time_start; }
388
389 if ($mTime) { $time_start = time(); }
390
391 if ($calcPME || $calcCI ) {
392     $command = "rsem-run-gibbs $refName $imdName $statName $BURNIN $NCV $SAMPLEGAP";
393     $command .= " -p $nThreads";
394     if ($seed ne "NULL") { $command .= " --seed $seeds[1]"; }
395     if ($quiet) { $command .= " -q"; }
396     &runCommand($command);
397 }
398
399 if ($calcPME || $calcCI) {
400     if ($alleleS) {
401         system("mv $sampleName.alleles.results $imdName.alleles.results.bak1");
402         system("mv $sampleName.isoforms.results $imdName.isoforms.results.bak1");
403         system("mv $sampleName.genes.results $imdName.genes.results.bak1");
404         &collectResults("allele", "$imdName.allele_res", "$sampleName.alleles.results"); # allele level
405         &collectResults("isoform", "$imdName.iso_res", "$sampleName.isoforms.results"); # isoform level
406         &collectResults("gene", "$imdName.gene_res", "$sampleName.genes.results"); # gene level
407     }
408     else {
409         system("mv $sampleName.isoforms.results $imdName.isoforms.results.bak1");
410         system("mv $sampleName.genes.results $imdName.genes.results.bak1");
411         &collectResults("isoform", "$imdName.iso_res", "$sampleName.isoforms.results"); # isoform level
412         &collectResults("gene", "$imdName.gene_res", "$sampleName.genes.results"); # gene level
413     }
414 }
415
416 if ($calcCI) {
417     $command = "rsem-calculate-credibility-intervals $refName $imdName $statName $CONFIDENCE $NCV $NSPC $NMB";
418     $command .= " -p $nThreads";
419     if ($seed ne "NULL") { $command .= " --seed $seeds[2]"; }
420     if ($quiet) { $command .= " -q"; }
421     &runCommand($command);
422
423     if ($alleleS) {
424         system("mv $sampleName.alleles.results $imdName.alleles.results.bak2");
425         system("mv $sampleName.isoforms.results $imdName.isoforms.results.bak2");
426         system("mv $sampleName.genes.results $imdName.genes.results.bak2");
427         &collectResults("allele", "$imdName.allele_res", "$sampleName.alleles.results"); # allele level
428         &collectResults("isoform", "$imdName.iso_res", "$sampleName.isoforms.results"); # isoform level
429         &collectResults("gene", "$imdName.gene_res", "$sampleName.genes.results"); # gene level
430     }
431     else {
432         system("mv $sampleName.isoforms.results $imdName.isoforms.results.bak2");
433         system("mv $sampleName.genes.results $imdName.genes.results.bak2");
434         &collectResults("isoform", "$imdName.iso_res", "$sampleName.isoforms.results"); # isoform level
435         &collectResults("gene", "$imdName.gene_res", "$sampleName.genes.results"); # gene level
436     }
437 }
438
439 if ($mTime) { $time_end = time(); $time_ci = $time_end - $time_start; }
440
441 if ($mTime) { $time_start = time(); }
442
443 if (!$keep_intermediate_files) {
444     &runCommand("rm -rf $temp_dir", "Fail to delete the temporary folder!");
445 }
446
447 if ($mTime) { $time_end = time(); }
448
449 if ($mTime) { 
450     open(OUTPUT, ">$sampleName.time");
451     print OUTPUT "Aligning reads: $time_alignment s.\n";
452     print OUTPUT "Estimating expression levels: $time_rsem s.\n";
453     print OUTPUT "Calculating credibility intervals: $time_ci s.\n";
454 #    my $time_del = $time_end - $time_start;
455 #    print OUTPUT "Delete: $time_del s.\n";
456     close(OUTPUT);
457 }
458
459 __END__
460
461 =head1 NAME
462
463 rsem-calculate-expression
464
465 =head1 SYNOPSIS
466
467  rsem-calculate-expression [options] upstream_read_file(s) reference_name sample_name 
468  rsem-calculate-expression [options] --paired-end upstream_read_file(s) downstream_read_file(s) reference_name sample_name 
469  rsem-calculate-expression [options] --sam/--bam [--paired-end] input reference_name sample_name
470
471 =head1 ARGUMENTS
472
473 =over
474
475 =item B<upstream_read_files(s)>
476
477 Comma-separated list of files containing single-end reads or upstream reads for paired-end data.  By default, these files are assumed to be in FASTQ format.  If the --no-qualities option is specified, then FASTA format is expected.
478
479 =item B<downstream_read_file(s)>
480
481 Comma-separated list of files containing downstream reads which are paired with the upstream reads.  By default, these files are assumed to be in FASTQ format.  If the --no-qualities option is specified, then FASTA format is expected.
482
483 =item B<input>
484
485 SAM/BAM formatted input file.  If "-" is specified for the filename, SAM/BAM input is instead assumed to come from standard input. RSEM requires all alignments of the same read group together. For paired-end reads, RSEM also requires the two mates of any alignment be adjacent. See Description section for how to make input file obey RSEM's requirements.
486
487 =item B<reference_name>                        
488
489 The name of the reference used.  The user must have run 'rsem-prepare-reference' with this reference_name before running this program.
490
491 =item B<sample_name>
492
493 The name of the sample analyzed. All output files are prefixed by this name (e.g., sample_name.genes.results)
494
495 =back
496
497 =head1 OPTIONS
498
499 =over
500
501 =item B<--paired-end>
502
503 Input reads are paired-end reads. (Default: off)
504
505 =item B<--no-qualities>
506
507 Input reads do not contain quality scores. (Default: off)
508
509 =item B<--strand-specific>
510
511 The RNA-Seq protocol used to generate the reads is strand specific, i.e., all (upstream) reads are derived from the forward strand.  This option is equivalent to --forward-prob=1.0.  With this option set, if RSEM runs the Bowtie/Bowtie 2 aligner, the '--norc' Bowtie/Bowtie 2 option will be used, which disables alignment to the reverse strand of transcripts.  (Default: off)
512
513 =item B<--sam>
514
515 Input file is in SAM format. (Default: off)
516
517 =item B<--bam>
518
519 Input file is in BAM format. (Default: off)
520
521 =item B<--sam-header-info> <file>
522
523 RSEM reads header information from input by default. If this option is on, header information is read from the specified file. For the format of the file, please see SAM official website. (Default: "")
524
525 =item B<-p/--num-threads> <int>
526
527 Number of threads to use. Both Bowtie/Bowtie2, expression estimation and 'samtools sort' will use this many threads. (Default: 1)
528
529 =item B<--no-bam-output>
530
531 Do not output any BAM file. (Default: off)
532
533 =item B<--output-genome-bam>
534
535 Generate a BAM file, 'sample_name.genome.bam', with alignments mapped to genomic coordinates and annotated with their posterior probabilities. In addition, RSEM will call samtools (included in RSEM package) to sort and index the bam file. 'sample_name.genome.sorted.bam' and 'sample_name.genome.sorted.bam.bai' will be generated. (Default: off)
536
537 =item B<--sampling-for-bam>
538
539 When RSEM generates a BAM file, instead of outputing all alignments a read has with their posterior probabilities, one alignment is sampled according to the posterior probabilities. The sampling procedure includes the alignment to the "noise" transcript, which does not appear in the BAM file. Only the sampled alignment has a weight of 1. All other alignments have weight 0. If the "noise" transcript is sampled, all alignments appeared in the BAM file should have weight 0. (Default: off)
540
541 =item B<--seed> <uint32>
542
543 Set the seed for the random number generators used in calculating posterior mean estimates and credibility intervals. The seed must be a non-negative 32 bit interger. (Default: off)
544
545 =item B<--calc-pme>
546
547 Run RSEM's collapsed Gibbs sampler to calculate posterior mean estimates. (Default: off) 
548
549 =item B<--calc-ci>
550
551 Calculate 95% credibility intervals and posterior mean estimates. (Default: off)
552
553 =item B<--seed-length> <int>
554
555 Seed length used by the read aligner.  Providing the correct value is important for RSEM. If RSEM runs Bowtie, it uses this value for Bowtie's seed length parameter. Any read with its or at least one of its mates' (for paired-end reads) length less than this value will be ignored. If the references are not added poly(A) tails, the minimum allowed value is 5, otherwise, the minimum allowed value is 25. Note that this script will only check if the value >= 5 and give a warning message if the value < 25 but >= 5. (Default: 25)
556
557 =item B<--tag> <string>
558
559 The name of the optional field used in the SAM input for identifying a read with too many valid alignments. The field should have the format <tagName>:i:<value>, where a <value> bigger than 0 indicates a read with too many alignments. (Default: "")
560
561 =item B<--bowtie-path> <path>
562
563 The path to the Bowtie executables. (Default: the path to the Bowtie executables is assumed to be in the user's PATH environment variable)
564
565 =item B<--bowtie-n> <int>
566
567 (Bowtie parameter) max # of mismatches in the seed. (Range: 0-3, Default: 2)
568
569 =item B<--bowtie-e> <int>
570
571 (Bowtie parameter) max sum of mismatch quality scores across the alignment. (Default: 99999999)
572
573 =item B<--bowtie-m> <int>
574
575 (Bowtie parameter) suppress all alignments for a read if > <int> valid alignments exist. (Default: 200)
576
577 =item B<--bowtie-chunkmbs> <int>
578
579 (Bowtie parameter) memory allocated for best first alignment calculation (Default: 0 - use Bowtie's default)
580
581 =item B<--phred33-quals>
582
583 Input quality scores are encoded as Phred+33. (Default: on)
584
585 =item B<--phred64-quals>
586
587 Input quality scores are encoded as Phred+64 (default for GA Pipeline ver. >= 1.3). (Default: off)
588
589 =item B<--solexa-quals>
590
591 Input quality scores are solexa encoded (from GA Pipeline ver. < 1.3). (Default: off)
592
593 =item B<--bowtie2>
594
595 Use Bowtie 2 instead of Bowtie to align reads. Since currently RSEM does not handle indel, local and discordant alignments, the Bowtie2 parameters are set in a way to avoid those alignments. In particular, we use options '--sensitive --dpad 0 --gbar 99999999 --mp 1,1 --np 1 --score-min L,0,-0.1' by default. "-0.1", the last parameter of '--score-min' is the negative value of the maximum mismatch rate allowed. This rate can be set by option '--bowtie2-mismatch-rate'. If reads are paired-end, we additionally use options '--no-mixed' and '--no-discordant'. (Default: off)
596
597 =item B<--bowtie2-path> <path>
598
599 (Bowtie 2 parameter) The path to the Bowtie 2 executables. (Default: the path to the Bowtie 2 executables is assumed to be in the user's PATH environment variable)
600
601 =item B<--bowtie2-mismatch-rate> <double>
602
603 (Bowtie 2 parameter) The maximum mismatch rate allowed. (Default: 0.1)
604
605 =item B<--bowtie2-k> <int>
606
607 (Bowtie 2 parameter) Find up to <int> alignments per read. (Default: 200)
608
609 =item B<--bowtie2-sensitivity-level> <string>
610
611 (Bowtie 2 parameter) Set Bowtie 2's preset options in --end-to-end mode. This option controls how hard Bowtie 2 tries to find alignments. <string> must be one of "very_fast", "fast", "sensitive" and "very_sensitive". The four candidates correspond to Bowtie 2's "--very-fast", "--fast", "--sensitive" and "--very-sensitive" options. (Default: "sensitive" - use Bowtie 2's default)
612
613 =item B<--forward-prob> <double>
614
615 Probability of generating a read from the forward strand of a transcript. Set to 1 for a strand-specific protocol where all (upstream) reads are derived from the forward strand, 0 for a strand-specific protocol where all (upstream) read are derived from the reverse strand, or 0.5 for a non-strand-specific protocol. (Default: 0.5)
616
617 =item B<--fragment-length-min> <int>
618
619 Minimum read/insert length allowed. This is also the value for the Bowtie/Bowtie2 -I option. (Default: 1)
620
621 =item B<--fragment-length-max> <int>
622
623 Maximum read/insert length allowed. This is also the value for the Bowtie/Bowtie 2 -X option. (Default: 1000)
624
625 =item B<--fragment-length-mean> <double>
626
627 (single-end data only) The mean of the fragment length distribution, which is assumed to be a Gaussian. (Default: -1, which disables use of the fragment length distribution)
628
629 =item B<--fragment-length-sd> <double>
630
631 (single-end data only) The standard deviation of the fragment length distribution, which is assumed to be a Gaussian.  (Default: 0, which assumes that all fragments are of the same length, given by the rounded value of B<--fragment-length-mean>)
632
633 =item B<--estimate-rspd>
634
635 Set this option if you want to estimate the read start position distribution (RSPD) from data. Otherwise, RSEM will use a uniform RSPD. (Default: off)
636
637 =item B<--num-rspd-bins> <int>
638
639 Number of bins in the RSPD. Only relevant when '--estimate-rspd' is specified.  Use of the default setting is recommended. (Default: 20)
640
641 =item B<--ci-memory> <int>
642
643 Maximum size (in memory, MB) of the auxiliary buffer used for computing credibility intervals (CI). Set it larger for a faster CI calculation. However, leaving 2 GB memory free for other usage is recommended. (Default: 1024)
644
645 =item B<--samtools-sort-mem> <string>
646
647 Set the maximum memory per thread that can be used by 'samtools sort'. <string> represents the memory and accepts suffices 'K/M/G'. RSEM will pass <string> to the '-m' option of 'samtools sort'.  Please note that the default used here is different from the default used by samtools. (Default: 1G)
648
649 =item B<--keep-intermediate-files>
650
651 Keep temporary files generated by RSEM.  RSEM creates a temporary directory, 'sample_name.temp', into which it puts all intermediate output files. If this directory already exists, RSEM overwrites all files generated by previous RSEM runs inside of it. By default, after RSEM finishes, the temporary directory is deleted.  Set this option to prevent the deletion of this directory and the intermediate files inside of it. (Default: off)
652
653 =item B<--temporary-folder> <string>
654
655 Set where to put the temporary files generated by RSEM. If the folder specified does not exist, RSEM will try to create it. (Default: sample_name.temp)
656
657 =item B<--time>
658
659 Output time consumed by each step of RSEM to 'sample_name.time'. (Default: off)
660
661 =item B<-q/--quiet>
662
663 Suppress the output of logging information. (Default: off)
664
665 =item B<-h/--help>
666
667 Show help information.
668
669 =item B<--version>
670
671 Show version information.
672
673 =back
674
675 =head1 DESCRIPTION
676
677 In its default mode, this program aligns input reads against a reference transcriptome with Bowtie and calculates expression values using the alignments.  RSEM assumes the data are single-end reads with quality scores, unless the '--paired-end' or '--no-qualities' options are specified.  Users may use an alternative aligner by specifying one of the --sam and --bam options, and providing an alignment file in the specified format. However, users should make sure that they align against the indices generated by 'rsem-prepare-reference' and the alignment file satisfies the requirements mentioned in ARGUMENTS section. 
678
679 One simple way to make the alignment file satisfying RSEM's requirements (assuming the aligner used put mates in a paired-end read adjacent) is to use 'convert-sam-for-rsem' script. This script only accept SAM format files as input. If a BAM format file is obtained, please use samtools to convert it to a SAM file first. For example, if '/ref/mouse_125' is the 'reference_name' and the SAM file is named 'input.sam', you can run the following command: 
680
681   convert-sam-for-rsem /ref/mouse_125 input.sam -o input_for_rsem.sam  
682
683 For details, please refer to 'convert-sam-for-rsem's documentation page.
684
685 The SAM/BAM format RSEM uses is v1.4. However, it is compatible with old SAM/BAM format. However, RSEM cannot recognize 0x100 in the FLAG field. In addition, RSEM requires SEQ and QUAL are not '*'. 
686
687 The user must run 'rsem-prepare-reference' with the appropriate reference before using this program.
688
689 For single-end data, it is strongly recommended that the user provide the fragment length distribution parameters (--fragment-length-mean and --fragment-length-sd).  For paired-end data, RSEM will automatically learn a fragment length distribution from the data.
690
691 Please note that some of the default values for the Bowtie parameters are not the same as those defined for Bowtie itself.
692
693 The temporary directory and all intermediate files will be removed when RSEM finishes unless '--keep-intermediate-files' is specified.
694
695 With the '--calc-ci' option, 95% credibility intervals and posterior mean estimates will be calculated in addition to maximum likelihood estimates.
696
697 =head1 OUTPUT
698
699 =over
700
701 =item B<sample_name.isoforms.results> 
702
703 File containing isoform level expression estimates. The first line
704 contains column names separated by the tab character. The format of
705 each line in the rest of this file is:
706
707 transcript_id gene_id length effective_length expected_count TPM FPKM IsoPct [posterior_mean_count posterior_standard_deviation_of_count pme_TPM pme_FPKM IsoPct_from_pme_TPM TPM_ci_lower_bound TPM_ci_upper_bound FPKM_ci_lower_bound FPKM_ci_upper_bound]
708
709 Fields are separated by the tab character. Fields within "[]" are
710 optional. They will not be presented if neither '--calc-pme' nor
711 '--calc-ci' is set.
712
713 'transcript_id' is the transcript name of this transcript. 'gene_id'
714 is the gene name of the gene which this transcript belongs to (denote
715 this gene as its parent gene). If no gene information is provided,
716 'gene_id' and 'transcript_id' are the same.
717
718 'length' is this transcript's sequence length (poly(A) tail is not
719 counted). 'effective_length' counts only the positions that can
720 generate a valid fragment. If no poly(A) tail is added,
721 'effective_length' is equal to transcript length - mean fragment
722 length + 1. If one transcript's effective length is less than 1, this
723 transcript's both effective length and abundance estimates are set to
724 0.
725
726 'expected_count' is the sum of the posterior probability of each read
727 comes from this transcript over all reads. Because 1) each read
728 aligning to this transcript has a probability of being generated from
729 background noise; 2) RSEM may filter some alignable low quality reads,
730 the sum of expected counts for all transcript are generally less than
731 the total number of reads aligned.
732
733 'TPM' stands for Transcripts Per Million. It is a relative measure of
734 transcript abundance. The sum of all transcripts' TPM is 1
735 million. 'FPKM' stands for Fragments Per Kilobase of transcript per
736 Million mapped reads. It is another relative measure of transcript
737 abundance. If we define l_bar be the mean transcript length in a
738 sample, which can be calculated as
739
740 l_bar = \sum_i TPM_i / 10^6 * effective_length_i (i goes through every transcript), 
741
742 the following equation is hold:
743
744 FPKM_i = 10^3 / l_bar * TPM_i.
745
746 We can see that the sum of FPKM is not a constant across samples.
747
748 'IsoPct' stands for isoform percentage. It is the percentage of this
749 transcript's abandunce over its parent gene's abandunce. If its parent
750 gene has only one isoform or the gene information is not provided,
751 this field will be set to 100.
752
753 'posterior_mean_count', 'pme_TPM', 'pme_FPKM' are posterior mean
754 estimates calculated by RSEM's Gibbs
755 sampler. 'posterior_standard_deviation_of_count' is the posterior
756 standard deviation of counts. 'IsoPct_from_pme_TPM' is the isoform
757 percentage calculated from 'pme_TPM' values.
758
759 'TPM_ci_lower_bound', 'TPM_ci_upper_bound', 'FPKM_ci_lower_bound' and
760 'FPKM_ci_upper_bound' are lower(l) and upper(u) bounds of 95%
761 credibility intervals for TPM and FPKM values. The bounds are
762 inclusive (i.e. [l, u]).
763
764 =item B<sample_name.genes.results>
765
766 File containing gene level expression estimates. The first line
767 contains column names separated by the tab character. The format of
768 each line in the rest of this file is:
769
770 gene_id transcript_id(s) length effective_length expected_count TPM FPKM [posterior_mean_count posterior_standard_deviation_of_count pme_TPM pme_FPKM TPM_ci_lower_bound TPM_ci_upper_bound FPKM_ci_lower_bound FPKM_ci_upper_bound]
771
772 Fields are separated by the tab character. Fields within "[]" are
773 optional. They will not be presented if neither '--calc-pme' nor
774 '--calc-ci' is set.
775
776 'transcript_id(s)' is a comma-separated list of transcript_ids
777 belonging to this gene. If no gene information is provided, 'gene_id'
778 and 'transcript_id(s)' are identical (the 'transcript_id').
779
780 A gene's 'length' and 'effective_length' are
781 defined as the weighted average of its transcripts' lengths and
782 effective lengths (weighted by 'IsoPct'). A gene's abundance estimates
783 are just the sum of its transcripts' abundance estimates.
784
785 =item B<sample_name.alleles.results>
786
787 Only generated when the RSEM references are built with allele-specific
788 transcripts.
789
790 This file contains allele level expression estimates for
791 allele-specific expression calculation. The first line
792 contains column names separated by the tab character. The format of
793 each line in the rest of this file is:
794
795 allele_id transcript_id gene_id length effective_length expected_count TPM FPKM AlleleIsoPct AlleleGenePct [posterior_mean_count posterior_standard_deviation_of_count pme_TPM pme_FPKM AlleleIsoPct_from_pme_TPM AlleleGenePct_from_pme_TPM TPM_ci_lower_bound TPM_ci_upper_bound FPKM_ci_lower_bound FPKM_ci_upper_bound]
796
797 Fields are separated by the tab character. Fields within "[]" are
798 optional. They will not be presented if neither '--calc-pme' nor
799 '--calc-ci' is set.
800
801 'allele_id' is the allele-specific name of this allele-specific transcript.
802
803 'AlleleIsoPct' stands for allele-specific percentage on isoform
804 level. It is the percentage of this allele-specific transcript's
805 abundance over its parent transcript's abundance. If its parent
806 transcript has only one allele variant form, this field will be set to
807 100.
808
809 'AlleleGenePct' stands for allele-specific percentage on gene
810 level. It is the percentage of this allele-specific transcript's
811 abundance over its parent gene's abundance.
812
813 'AlleleIsoPct_from_pme_TPM' and 'AlleleGenePct_from_pme_TPM' have
814 similar meanings. They are calculated based on posterior mean
815 estimates.
816
817 Please note that if this file is present, the fields 'length' and
818 'effective_length' in 'sample_name.isoforms.results' should be
819 interpreted similarly as the corresponding definitions in
820 'sample_name.genes.results'.
821
822 =item B<sample_name.transcript.bam, sample_name.transcript.sorted.bam and sample_name.transcript.sorted.bam.bai>
823
824 Only generated when --no-bam-output is not specified.
825
826 'sample_name.transcript.bam' is a BAM-formatted file of read
827 alignments in transcript coordinates. The MAPQ field of each alignment
828 is set to min(100, floor(-10 * log10(1.0 - w) + 0.5)), where w is the
829 posterior probability of that alignment being the true mapping of a
830 read.  In addition, RSEM pads a new tag ZW:f:value, where value is a
831 single precision floating number representing the posterior
832 probability. Because this file contains all alignment lines produced
833 by bowtie or user-specified aligners, it can also be used as a
834 replacement of the aligner generated BAM/SAM file. For paired-end
835 reads, if one mate has alignments but the other does not, this file
836 marks the alignable mate as "unmappable" (flag bit 0x4) and appends an
837 optional field "Z0:A:!".
838
839 'sample_name.transcript.sorted.bam' and
840 'sample_name.transcript.sorted.bam.bai' are the sorted BAM file and
841 indices generated by samtools (included in RSEM package).
842
843 =item B<sample_name.genome.bam, sample_name.genome.sorted.bam and sample_name.genome.sorted.bam.bai>
844
845 Only generated when --no-bam-output is not specified and --output-genome-bam is specified.
846
847 'sample_name.genome.bam' is a BAM-formatted file of read alignments in
848 genomic coordinates. Alignments of reads that have identical genomic
849 coordinates (i.e., alignments to different isoforms that share the
850 same genomic region) are collapsed into one alignment.  The MAPQ field
851 of each alignment is set to min(100, floor(-10 * log10(1.0 - w) +
852 0.5)), where w is the posterior probability of that alignment being
853 the true mapping of a read.  In addition, RSEM pads a new tag
854 ZW:f:value, where value is a single precision floating number
855 representing the posterior probability. If an alignment is spliced, a
856 XS:A:value tag is also added, where value is either '+' or '-'
857 indicating the strand of the transcript it aligns to.
858
859 'sample_name.genome.sorted.bam' and 'sample_name.genome.sorted.bam.bai' are the
860 sorted BAM file and indices generated by samtools (included in RSEM package).
861
862 =item B<sample_name.time>
863
864 Only generated when --time is specified.
865
866 It contains time (in seconds) consumed by aligning reads, estimating expression levels and calculating credibility intervals.
867
868 =item B<sample_name.stat>
869
870 This is a folder instead of a file. All model related statistics are stored in this folder. Use 'rsem-plot-model' can generate plots using this folder.
871
872 =back
873
874 =head1 EXAMPLES
875
876 Assume the path to the bowtie executables is in the user's PATH environment variable. Reference files are under '/ref' with name 'mouse_125'. 
877
878 1) '/data/mmliver.fq', single-end reads with quality scores. Quality scores are encoded as for 'GA pipeline version >= 1.3'. We want to use 8 threads and generate a genome BAM file:
879
880  rsem-calculate-expression --phred64-quals \
881                            -p 8 \
882                            --output-genome-bam \
883                            /data/mmliver.fq \
884                            /ref/mouse_125 \
885                            mmliver_single_quals
886
887 2) '/data/mmliver_1.fq' and '/data/mmliver_2.fq', paired-end reads with quality scores. Quality scores are in SANGER format. We want to use 8 threads and do not generate a genome BAM file:
888
889  rsem-calculate-expression -p 8 \
890                            --paired-end \
891                            /data/mmliver_1.fq \
892                            /data/mmliver_2.fq \
893                            /ref/mouse_125 \
894                            mmliver_paired_end_quals
895
896 3) '/data/mmliver.fa', single-end reads without quality scores. We want to use 8 threads:
897
898  rsem-calculate-expression -p 8 \
899                            --no-qualities \
900                            /data/mmliver.fa \
901                            /ref/mouse_125 \
902                            mmliver_single_without_quals
903
904 4) Data are the same as 1). This time we assume the bowtie executables are under '/sw/bowtie'. We want to take a fragment length distribution into consideration. We set the fragment length mean to 150 and the standard deviation to 35. In addition to a BAM file, we also want to generate credibility intervals. We allow RSEM to use 1GB of memory for CI calculation:
905
906  rsem-calculate-expression --bowtie-path /sw/bowtie \
907                            --phred64-quals \
908                            --fragment-length-mean 150.0 \
909                            --fragment-length-sd 35.0 \
910                            -p 8 \
911                            --output-genome-bam \
912                            --calc-ci \
913                            --ci-memory 1024 \
914                            /data/mmliver.fq \
915                            /ref/mouse_125 \
916                            mmliver_single_quals
917
918 5) '/data/mmliver_paired_end_quals.bam', paired-end reads with quality scores. We want to use 8 threads:
919
920  rsem-calculate-expression --paired-end \
921                            --bam \
922                            -p 8 \
923                            /data/mmliver_paired_end_quals.bam \
924                            /ref/mouse_125 \
925                            mmliver_paired_end_quals
926
927 =cut