]> git.donarmstrong.com Git - rsem.git/blob - rsem-calculate-expression
d6cb5f2a3f6b989ced2e1f96b3302c8d720ba9b5
[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 $var_opt = 0; # temporarily, only for internal use
61 my $quiet = 0;
62 my $help = 0;
63
64 my $paired_end = 0;
65 my $no_qual = 0;
66 my $keep_intermediate_files = 0;
67
68 my $strand_specific = 0;
69
70 my $bowtie2 = 0;
71 my $bowtie2_path = "";
72 my $bowtie2_mismatch_rate = 0.1;
73 my $bowtie2_k = 200;
74 my $bowtie2_sensitivity_level = "sensitive"; # must be one of "very_fast", "fast", "sensitive", "very_sensitive"
75
76 my $seed = "NULL";
77
78 my $version = 0;
79
80 my $mTime = 0;
81 my ($time_start, $time_end, $time_alignment, $time_rsem, $time_ci) = (0, 0, 0, 0, 0);
82
83 my $mate1_list = "";
84 my $mate2_list = "";
85 my $inpF = "";
86
87 my ($refName, $sampleName, $sampleToken, $temp_dir, $stat_dir, $imdName, $statName) = ();
88 my $gap = 32;
89
90 my $alleleS = 0;
91
92 GetOptions("keep-intermediate-files" => \$keep_intermediate_files,
93            "temporary-folder=s" => \$temp_dir,
94            "no-qualities" => \$no_qual,
95            "paired-end" => \$paired_end,
96            "strand-specific" => \$strand_specific,
97            "sam" => \$is_sam,
98            "bam" => \$is_bam,
99            "sam-header-info=s" => \$fn_list,
100            "tag=s" => \$tagName,
101            "seed-length=i" => \$L,
102            "bowtie-path=s" => \$bowtie_path,
103            "bowtie-n=i" => \$C,
104            "bowtie-e=i" => \$E,
105            "bowtie-m=i" => \$maxHits,
106            "bowtie-chunkmbs=i" => \$chunkMbs,
107            "phred33-quals" => \$phred33,
108            "phred64-quals" => \$phred64, #solexa1.3-quals" => \$phred64,
109            "solexa-quals" => \$solexa,
110            "bowtie2" => \$bowtie2,
111            "bowtie2-path=s" => \$bowtie2_path,
112            "bowtie2-mismatch-rate=f" => \$bowtie2_mismatch_rate,
113            "bowtie2-k=i" => \$bowtie2_k,
114            "bowtie2-sensitivity-level=s" => \$bowtie2_sensitivity_level,
115            "forward-prob=f" => \$probF,
116            "fragment-length-min=i" => \$minL,
117            "fragment-length-max=i" => \$maxL,
118            "fragment-length-mean=f" => \$mean,
119            "fragment-length-sd=f" => \$sd,
120            "estimate-rspd" => \$estRSPD,
121            "num-rspd-bins=i" => \$B,
122            "p|num-threads=i" => \$nThreads,
123            "no-bam-output" => sub { $genBamF = 0; },
124            "output-genome-bam" => \$genGenomeBamF,
125            "sampling-for-bam" => \$sampling,
126            "calc-pme" => \$calcPME,
127            "var" => \$var_opt,
128            "calc-ci" => \$calcCI,
129            "ci-memory=i" => \$NMB,
130            "samtools-sort-mem=s" => \$SortMem,
131            "seed=i" => \$seed,
132            "time" => \$mTime,
133            "version" => \$version,
134            "q|quiet" => \$quiet,
135            "h|help" => \$help) or pod2usage(-exitval => 2, -verbose => 2);
136
137 pod2usage(-verbose => 2) if ($help == 1);
138 &showVersionInfo($FindBin::RealBin) if ($version == 1);
139
140 #check parameters and options
141
142 if ($is_sam || $is_bam) {
143     pod2usage(-msg => "Invalid number of arguments!", -exitval => 2, -verbose => 2) if (scalar(@ARGV) != 3);
144     pod2usage(-msg => "--sam and --bam cannot be active at the same time!", -exitval => 2, -verbose => 2) if ($is_sam == 1&& $is_bam == 1);
145     pod2usage(-msg => "--bowtie-path, --bowtie-n, --bowtie-e, --bowtie-m, --phred33-quals, --phred64-quals, --solexa-quals, --bowtie2, --bowtie2-path, --bowtie2-mismatch-rate, --bowtie2-k and --bowtie2-sensitivity-level cannot be set if input is SAM/BAM format!", -exitval => 2, -verbose => 2) if ($bowtie_path ne "" || $C != 2 || $E != 99999999 || $maxHits != 200 || $phred33 || $phred64 || $solexa || $bowtie2 || $bowtie2_path ne "" || $bowtie2_mismatch_rate != 0.1 || $bowtie2_k != 200 || $bowtie2_sensitivity_level ne "sensitive");
146 }
147 else {
148     pod2usage(-msg => "Invalid number of arguments!", -exitval => 2, -verbose => 2) if (!$paired_end && scalar(@ARGV) != 3 || $paired_end && scalar(@ARGV) != 4);    
149     pod2usage(-msg => "If --no-qualities is set, neither --phred33-quals, --phred64-quals or --solexa-quals can be active!", -exitval => 2, -verbose => 2) if ($no_qual && ($phred33 + $phred64 + $solexa > 0));
150     pod2usage(-msg => "Only one of --phred33-quals, --phred64-quals, and --solexa-quals can be active!", -exitval => 2, -verbose => 2) if ($phred33 + $phred64 + $solexa > 1);    
151     pod2usage(-msg => "--sam , --bam or --sam-header-info cannot be set if use bowtie/bowtie2 aligner to produce alignments!", -exitval => 2, -verbose => 2) if ($is_sam || $is_bam || $fn_list ne "");
152     pod2usage(-msg => "--bowtie2-path, --bowtie2-mismatch-rate, --bowtie2-k and --bowtie2-sensitivity-level cannot be set if bowtie aligner is used!", -exitval => 2, -verbose => 2) if (!$bowtie2 && ($bowtie2_path ne "" || $bowtie2_mismatch_rate != 0.1 || $bowtie2_k != 200 || $bowtie2_sensitivity_level ne "sensitive"));
153     pod2usage(-msg => "--bowtie-path, --bowtie-n, --bowtie-e, --bowtie-m cannot be set if bowtie2 aligner is used!", -exitval => 2, -verbose => 2) if ($bowtie2 && ($bowtie_path ne "" || $C != 2 || $E != 99999999 || $maxHits != 200));
154     pod2usage(-msg => "Mismatch rate must be within [0, 1]!", -exitval => 2, -verbose => 2) if ($bowtie2 && ($bowtie2_mismatch_rate < 0.0 || $bowtie2_mismatch_rate > 1.0));
155     pod2usage(-msg => "Sensitivity level must be one of \"very_fast\", \"fast\", \"sensitive\", and \"very_sensitive\"!", -exitval => 2, -verbose => 2) if ($bowtie2 && (($bowtie2_sensitivity_level ne "very_fast") && ($bowtie2_sensitivity_level ne "fast") && ($bowtie2_sensitivity_level ne "sensitive") && ($bowtie2_sensitivity_level ne "very_sensitive"))); 
156 }
157
158 pod2usage(-msg => "Forward probability should be in [0, 1]!", -exitval => 2, -verbose => 2) if ($probF < 0 || $probF > 1);
159 pod2usage(-msg => "Min fragment length should be at least 1!", -exitval => 2, -verbose => 2) if ($minL < 1);
160 pod2usage(-msg => "Min fragment length should be smaller or equal to max fragment length!", -exitval => 2, -verbose => 2) if ($minL > $maxL);
161 pod2usage(-msg => "The memory allocated for calculating credibility intervals should be at least 1 MB!\n", -exitval => 2, -verbose => 2) if ($NMB < 1);
162 pod2usage(-msg => "Number of threads should be at least 1!\n", -exitval => 2, -verbose => 2) if ($nThreads < 1);
163 pod2usage(-msg => "Seed length should be at least 5!\n", -exitval => 2, -verbose => 2) if ($L < 5);
164 pod2usage(-msg => "--sampling-for-bam cannot be specified if --no-bam-output is specified!\n", -exitval => 2, -verbose => 2) if ($sampling && !$genBamF);
165 pod2usage(-msg => "--output-genome-bam cannot be specified if --no-bam-output is specified!\n", -exitval => 2, -verbose => 2) if ($genGenomeBamF && !$genBamF);
166 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 || $seed > 0xffffffff));
167
168 if ($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"; }
169
170 if ($strand_specific) { $probF = 1.0; }
171
172 if ($paired_end) {
173     if ($no_qual) { $read_type = 2; }
174     else { $read_type = 3; }
175 }
176 else {
177     if ($no_qual) { $read_type = 0; }
178     else { $read_type = 1; }
179 }
180
181 if (scalar(@ARGV) == 3) {
182     if ($is_sam || $is_bam) { $inpF = $ARGV[0]; } 
183     else {$mate1_list = $ARGV[0]; }
184     $refName = $ARGV[1];
185     $sampleName = $ARGV[2];
186 }
187 else {
188     $mate1_list = $ARGV[0];
189     $mate2_list = $ARGV[1];
190     $refName = $ARGV[2];
191     $sampleName = $ARGV[3];
192 }
193
194 if (((-e "$refName.ta") && !(-e "$refName.gt")) || (!(-e "$refName.ta") && (-e "$refName.gt"))) {
195     print "Allele-specific expression related reference files are corrupted!\n";
196     exit(-1);
197 }
198
199 $alleleS = (-e "$refName.ta") && (-e "$refName.gt");
200
201 if ($genGenomeBamF) {
202     open(INPUT, "$refName.ti");
203     my $line = <INPUT>; chomp($line);
204     close(INPUT);
205     my ($M, $type) = split(/ /, $line);
206     pod2usage(-msg => "No genome information provided, so genome bam file cannot be generated!\n", -exitval => 2, -verbose => 2) if ($type != 0);
207 }
208
209 my $pos = rindex($sampleName, '/');
210 if ($pos < 0) { $sampleToken = $sampleName; }
211 else { $sampleToken = substr($sampleName, $pos + 1); }
212
213 if ($temp_dir eq "") { $temp_dir = "$sampleName.temp"; }
214 $stat_dir = "$sampleName.stat";
215
216 if (!(-d $temp_dir) && !mkdir($temp_dir)) { print "Fail to create folder $temp_dir.\n"; exit(-1); }
217 if (!(-d $stat_dir) && !mkdir($stat_dir)) { print "Fail to create folder $stat_dir.\n"; exit(-1); }
218
219 $imdName = "$temp_dir/$sampleToken";
220 $statName = "$stat_dir/$sampleToken";
221
222 if (!$is_sam && !$is_bam && !$no_qual && ($phred33 + $phred64 + $solexa == 0)) { $phred33 = 1; }
223
224 my ($mate_minL, $mate_maxL) = (1, $maxL);
225
226 if ($bowtie_path ne "") { $bowtie_path .= "/"; }
227 if ($bowtie2_path ne "") { $bowtie2_path .= "/"; }
228
229 my $command = "";
230
231 if (!$is_sam && !$is_bam) {
232     if (!$bowtie2) {
233         $command = $bowtie_path."bowtie";
234         if ($no_qual) { $command .= " -f"; }
235         else { $command .= " -q"; }
236     
237         if ($phred33) { $command .= " --phred33-quals"; }
238         elsif ($phred64) { $command .= " --phred64-quals"; }
239         elsif ($solexa) { $command .= " --solexa-quals"; }
240     
241         $command .= " -n $C -e $E -l $L";
242         if ($read_type == 2 || $read_type == 3) { $command .= " -I $minL -X $maxL"; }
243         if ($chunkMbs > 0) { $command .= " --chunkmbs $chunkMbs"; }
244         
245         if ($strand_specific || $probF == 1.0) { $command .= " --norc"; }
246         elsif ($probF == 0.0) { $command .= " --nofw"; }
247         
248         $command .= " -p $nThreads -a -m $maxHits -S";
249         if ($quiet) { $command .= " --quiet"; }    
250
251         $command .= " $refName";
252         if ($read_type == 0 || $read_type == 1) {
253             $command .= " $mate1_list"; 
254         }
255         else {
256             $command .= " -1 $mate1_list -2 $mate2_list";
257         }
258
259         # pipe to samtools to generate a BAM file
260         $command .= " | samtools view -S -b -o $imdName.bam -";
261     }
262     else {
263         $command = $bowtie2_path."bowtie2";
264         if ($no_qual) { $command .= " -f"; }
265         else { $command .= " -q"; }
266
267         if ($phred33) { $command .= " --phred33"; }
268         elsif ($phred64) { $command .= " --phred64"; }
269         elsif ($solexa) { $command .= " --solexa-quals"; }
270
271         if ($bowtie2_sensitivity_level eq "very_fast") { $command .= " --very-fast"; }
272         elsif ($bowtie2_sensitivity_level eq "fast") { $command .= " --fast"; }
273         elsif ($bowtie2_sensitivity_level eq "sensitive") { $command .= " --sensitive"; }
274         else { $command .= " --very-sensitive"; }
275
276         $command .= " --dpad 0 --gbar 99999999 --mp 1,1 --np 1 --score-min L,0,-$bowtie2_mismatch_rate";  
277
278         if ($read_type == 2 || $read_type == 3) { $command .= " -I $minL -X $maxL --no-mixed --no-discordant"; }
279
280         if ($strand_specific || $probF == 1.0) { $command .= " --norc"; }
281         elsif ($probF == 0.0) { $command .= " --nofw"; }
282         
283         $command .= " -p $nThreads -k $bowtie2_k";
284         if ($quiet) { $command .= " --quiet"; }    
285
286         $command .= " -x $refName";
287         if ($read_type == 0 || $read_type == 1) {
288             $command .= " -U $mate1_list"; 
289         }
290         else {
291             $command .= " -1 $mate1_list -2 $mate2_list";
292         }
293
294         # pipe to samtools to generate a BAM file
295         $command .= " | samtools view -S -b -o $imdName.bam -";
296     }
297
298     if ($mTime) { $time_start = time(); }
299
300     &runCommand($command);
301
302     if ($mTime) { $time_end = time(); $time_alignment = $time_end - $time_start; }
303
304     $inpF = "$imdName.bam";
305     $is_bam = 1; # alignments are outputed as a BAM file
306 }
307
308 if ($mTime) { $time_start = time(); }
309
310 $command = "rsem-parse-alignments $refName $imdName $statName";
311
312 my $samInpType;
313 if ($is_sam) { $samInpType = "s"; } 
314 elsif ($is_bam) { $samInpType = "b"; }
315
316 $command .= " $samInpType $inpF -t $read_type";
317 if ($fn_list ne "") { $command .= " -l $fn_list"; }
318 if ($tagName ne "") { $command .= " -tag $tagName"; }
319 if ($quiet) { $command .= " -q"; }
320
321 &runCommand($command);
322
323 $command = "rsem-build-read-index $gap"; 
324 if ($read_type == 0) { $command .= " 0 $quiet $imdName\_alignable.fa"; }
325 elsif ($read_type == 1) { $command .= " 1 $quiet $imdName\_alignable.fq"; }
326 elsif ($read_type == 2) { $command .= " 0 $quiet $imdName\_alignable_1.fa $imdName\_alignable_2.fa"; }
327 elsif ($read_type == 3) { $command .= " 1 $quiet $imdName\_alignable_1.fq $imdName\_alignable_2.fq"; }
328 else { print "Impossible! read_type is not in [1,2,3,4]!\n"; exit(-1); }
329 &runCommand($command);
330
331 my $doesOpen = open(OUTPUT, ">$imdName.mparams");
332 if ($doesOpen == 0) { print "Cannot generate $imdName.mparams!\n"; exit(-1); }
333 print OUTPUT "$minL $maxL\n";
334 print OUTPUT "$probF\n";
335 print OUTPUT "$estRSPD\n";
336 print OUTPUT "$B\n";
337 print OUTPUT "$mate_minL $mate_maxL\n";
338 print OUTPUT "$mean $sd\n";
339 print OUTPUT "$L\n";
340 close(OUTPUT);  
341
342 my @seeds = ();
343 if ($seed ne "NULL") { 
344     srand($seed); 
345     for (my $i = 0; $i < 3; $i++) {
346         push(@seeds, int(rand(1 << 32))); 
347     }
348 }
349
350 $command = "rsem-run-em $refName $read_type $sampleName $imdName $statName -p $nThreads";
351 if ($genBamF) { 
352     $command .= " -b $samInpType $inpF";
353     if ($fn_list ne "") { $command .= " 1 $fn_list"; }
354     else { $command .= " 0"; }
355     if ($sampling) { $command .= " --sampling"; }
356     if ($seed ne "NULL") { $command .= " --seed $seeds[0]"; }
357 }
358 if ($calcPME || $var_opt || $calcCI) { $command .= " --gibbs-out"; }
359 if ($quiet) { $command .= " -q"; }
360
361 &runCommand($command);
362
363 if ($alleleS) {
364     &collectResults("allele", "$imdName.allele_res", "$sampleName.alleles.results"); # allele level
365     &collectResults("isoform", "$imdName.iso_res", "$sampleName.isoforms.results"); # isoform level
366     &collectResults("gene", "$imdName.gene_res", "$sampleName.genes.results"); # gene level
367
368 else {
369     &collectResults("isoform", "$imdName.iso_res", "$sampleName.isoforms.results"); # isoform level
370     &collectResults("gene", "$imdName.gene_res", "$sampleName.genes.results"); # gene level
371 }
372
373 if ($genBamF) {
374     $command = "samtools sort -@ $nThreads -m $SortMem $sampleName.transcript.bam $sampleName.transcript.sorted";
375     &runCommand($command);
376     $command = "samtools index $sampleName.transcript.sorted.bam";
377     &runCommand($command);
378
379     if ($genGenomeBamF) {
380         $command = "rsem-tbam2gbam $refName $sampleName.transcript.bam $sampleName.genome.bam";
381         &runCommand($command);
382         $command = "samtools sort -@ $nThreads -m $SortMem $sampleName.genome.bam $sampleName.genome.sorted";
383         &runCommand($command);
384         $command = "samtools index $sampleName.genome.sorted.bam";
385         &runCommand($command);
386     }
387 }
388
389 if ($mTime) { $time_end = time(); $time_rsem = $time_end - $time_start; }
390
391 if ($mTime) { $time_start = time(); }
392
393 if ($calcPME || $var_opt || $calcCI ) {
394     $command = "rsem-run-gibbs $refName $imdName $statName $BURNIN $NCV $SAMPLEGAP";
395     $command .= " -p $nThreads";
396     if ($var_opt) { $command .= " --var"; }
397     if ($seed ne "NULL") { $command .= " --seed $seeds[1]"; }
398     if ($quiet) { $command .= " -q"; }
399     &runCommand($command);
400 }
401
402 if ($calcPME || $calcCI) {
403     if ($alleleS) {
404         system("mv $sampleName.alleles.results $imdName.alleles.results.bak1");
405         system("mv $sampleName.isoforms.results $imdName.isoforms.results.bak1");
406         system("mv $sampleName.genes.results $imdName.genes.results.bak1");
407         &collectResults("allele", "$imdName.allele_res", "$sampleName.alleles.results"); # allele level
408         &collectResults("isoform", "$imdName.iso_res", "$sampleName.isoforms.results"); # isoform level
409         &collectResults("gene", "$imdName.gene_res", "$sampleName.genes.results"); # gene level
410     }
411     else {
412         system("mv $sampleName.isoforms.results $imdName.isoforms.results.bak1");
413         system("mv $sampleName.genes.results $imdName.genes.results.bak1");
414         &collectResults("isoform", "$imdName.iso_res", "$sampleName.isoforms.results"); # isoform level
415         &collectResults("gene", "$imdName.gene_res", "$sampleName.genes.results"); # gene level
416     }
417 }
418
419 if ($calcCI) {
420     $command = "rsem-calculate-credibility-intervals $refName $imdName $statName $CONFIDENCE $NCV $NSPC $NMB";
421     $command .= " -p $nThreads";
422     if ($seed ne "NULL") { $command .= " --seed $seeds[2]"; }
423     if ($quiet) { $command .= " -q"; }
424     &runCommand($command);
425
426     if ($alleleS) {
427         system("mv $sampleName.alleles.results $imdName.alleles.results.bak2");
428         system("mv $sampleName.isoforms.results $imdName.isoforms.results.bak2");
429         system("mv $sampleName.genes.results $imdName.genes.results.bak2");
430         &collectResults("allele", "$imdName.allele_res", "$sampleName.alleles.results"); # allele level
431         &collectResults("isoform", "$imdName.iso_res", "$sampleName.isoforms.results"); # isoform level
432         &collectResults("gene", "$imdName.gene_res", "$sampleName.genes.results"); # gene level
433     }
434     else {
435         system("mv $sampleName.isoforms.results $imdName.isoforms.results.bak2");
436         system("mv $sampleName.genes.results $imdName.genes.results.bak2");
437         &collectResults("isoform", "$imdName.iso_res", "$sampleName.isoforms.results"); # isoform level
438         &collectResults("gene", "$imdName.gene_res", "$sampleName.genes.results"); # gene level
439     }
440 }
441
442 if ($mTime) { $time_end = time(); $time_ci = $time_end - $time_start; }
443
444 if ($mTime) { $time_start = time(); }
445
446 if (!$keep_intermediate_files) {
447     &runCommand("rm -rf $temp_dir", "Fail to delete the temporary folder!");
448 }
449
450 if ($mTime) { $time_end = time(); }
451
452 if ($mTime) { 
453     open(OUTPUT, ">$sampleName.time");
454     print OUTPUT "Aligning reads: $time_alignment s.\n";
455     print OUTPUT "Estimating expression levels: $time_rsem s.\n";
456     print OUTPUT "Calculating credibility intervals: $time_ci s.\n";
457 #    my $time_del = $time_end - $time_start;
458 #    print OUTPUT "Delete: $time_del s.\n";
459     close(OUTPUT);
460 }
461
462 __END__
463
464 =head1 NAME
465
466 rsem-calculate-expression
467
468 =head1 SYNOPSIS
469
470  rsem-calculate-expression [options] upstream_read_file(s) reference_name sample_name 
471  rsem-calculate-expression [options] --paired-end upstream_read_file(s) downstream_read_file(s) reference_name sample_name 
472  rsem-calculate-expression [options] --sam/--bam [--paired-end] input reference_name sample_name
473
474 =head1 ARGUMENTS
475
476 =over
477
478 =item B<upstream_read_files(s)>
479
480 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.
481
482 =item B<downstream_read_file(s)>
483
484 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.
485
486 =item B<input>
487
488 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.
489
490 =item B<reference_name>                        
491
492 The name of the reference used.  The user must have run 'rsem-prepare-reference' with this reference_name before running this program.
493
494 =item B<sample_name>
495
496 The name of the sample analyzed. All output files are prefixed by this name (e.g., sample_name.genes.results)
497
498 =back
499
500 =head1 OPTIONS
501
502 =over
503
504 =item B<--paired-end>
505
506 Input reads are paired-end reads. (Default: off)
507
508 =item B<--no-qualities>
509
510 Input reads do not contain quality scores. (Default: off)
511
512 =item B<--strand-specific>
513
514 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)
515
516 =item B<--sam>
517
518 Input file is in SAM format. (Default: off)
519
520 =item B<--bam>
521
522 Input file is in BAM format. (Default: off)
523
524 =item B<--sam-header-info> <file>
525
526 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: "")
527
528 =item B<-p/--num-threads> <int>
529
530 Number of threads to use. Both Bowtie/Bowtie2, expression estimation and 'samtools sort' will use this many threads. (Default: 1)
531
532 =item B<--no-bam-output>
533
534 Do not output any BAM file. (Default: off)
535
536 =item B<--output-genome-bam>
537
538 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)
539
540 =item B<--sampling-for-bam>
541
542 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)
543
544 =item B<--seed> <uint32>
545
546 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)
547
548 =item B<--calc-pme>
549
550 Run RSEM's collapsed Gibbs sampler to calculate posterior mean estimates. (Default: off) 
551
552 =item B<--calc-ci>
553
554 Calculate 95% credibility intervals and posterior mean estimates. (Default: off)
555
556 =item B<--seed-length> <int>
557
558 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)
559
560 =item B<--tag> <string>
561
562 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: "")
563
564 =item B<--bowtie-path> <path>
565
566 The path to the Bowtie executables. (Default: the path to the Bowtie executables is assumed to be in the user's PATH environment variable)
567
568 =item B<--bowtie-n> <int>
569
570 (Bowtie parameter) max # of mismatches in the seed. (Range: 0-3, Default: 2)
571
572 =item B<--bowtie-e> <int>
573
574 (Bowtie parameter) max sum of mismatch quality scores across the alignment. (Default: 99999999)
575
576 =item B<--bowtie-m> <int>
577
578 (Bowtie parameter) suppress all alignments for a read if > <int> valid alignments exist. (Default: 200)
579
580 =item B<--bowtie-chunkmbs> <int>
581
582 (Bowtie parameter) memory allocated for best first alignment calculation (Default: 0 - use Bowtie's default)
583
584 =item B<--phred33-quals>
585
586 Input quality scores are encoded as Phred+33. (Default: on)
587
588 =item B<--phred64-quals>
589
590 Input quality scores are encoded as Phred+64 (default for GA Pipeline ver. >= 1.3). (Default: off)
591
592 =item B<--solexa-quals>
593
594 Input quality scores are solexa encoded (from GA Pipeline ver. < 1.3). (Default: off)
595
596 =item B<--bowtie2>
597
598 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)
599
600 =item B<--bowtie2-path> <path>
601
602 (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)
603
604 =item B<--bowtie2-mismatch-rate> <double>
605
606 (Bowtie 2 parameter) The maximum mismatch rate allowed. (Default: 0.1)
607
608 =item B<--bowtie2-k> <int>
609
610 (Bowtie 2 parameter) Find up to <int> alignments per read. (Default: 200)
611
612 =item B<--bowtie2-sensitivity-level> <string>
613
614 (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)
615
616 =item B<--forward-prob> <double>
617
618 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)
619
620 =item B<--fragment-length-min> <int>
621
622 Minimum read/insert length allowed. This is also the value for the Bowtie/Bowtie2 -I option. (Default: 1)
623
624 =item B<--fragment-length-max> <int>
625
626 Maximum read/insert length allowed. This is also the value for the Bowtie/Bowtie 2 -X option. (Default: 1000)
627
628 =item B<--fragment-length-mean> <double>
629
630 (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)
631
632 =item B<--fragment-length-sd> <double>
633
634 (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>)
635
636 =item B<--estimate-rspd>
637
638 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)
639
640 =item B<--num-rspd-bins> <int>
641
642 Number of bins in the RSPD. Only relevant when '--estimate-rspd' is specified.  Use of the default setting is recommended. (Default: 20)
643
644 =item B<--ci-memory> <int>
645
646 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)
647
648 =item B<--samtools-sort-mem> <string>
649
650 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)
651
652 =item B<--keep-intermediate-files>
653
654 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)
655
656 =item B<--temporary-folder> <string>
657
658 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)
659
660 =item B<--time>
661
662 Output time consumed by each step of RSEM to 'sample_name.time'. (Default: off)
663
664 =item B<-q/--quiet>
665
666 Suppress the output of logging information. (Default: off)
667
668 =item B<-h/--help>
669
670 Show help information.
671
672 =item B<--version>
673
674 Show version information.
675
676 =back
677
678 =head1 DESCRIPTION
679
680 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. 
681
682 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: 
683
684   convert-sam-for-rsem /ref/mouse_125 input.sam -o input_for_rsem.sam  
685
686 For details, please refer to 'convert-sam-for-rsem's documentation page.
687
688 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 '*'. 
689
690 The user must run 'rsem-prepare-reference' with the appropriate reference before using this program.
691
692 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.
693
694 Please note that some of the default values for the Bowtie parameters are not the same as those defined for Bowtie itself.
695
696 The temporary directory and all intermediate files will be removed when RSEM finishes unless '--keep-intermediate-files' is specified.
697
698 With the '--calc-ci' option, 95% credibility intervals and posterior mean estimates will be calculated in addition to maximum likelihood estimates.
699
700 =head1 OUTPUT
701
702 =over
703
704 =item B<sample_name.isoforms.results> 
705
706 File containing isoform level expression estimates. The first line
707 contains column names separated by the tab character. The format of
708 each line in the rest of this file is:
709
710 transcript_id gene_id length effective_length expected_count TPM FPKM IsoPct [pme_expected_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]
711
712 Fields are separated by the tab character. Fields within "[]" are
713 optional. They will not be presented if neither '--calc-pme' nor
714 '--calc-ci' is set.
715
716 'transcript_id' is the transcript name of this transcript. 'gene_id'
717 is the gene name of the gene which this transcript belongs to (denote
718 this gene as its parent gene). If no gene information is provided,
719 'gene_id' and 'transcript_id' are the same.
720
721 'length' is this transcript's sequence length (poly(A) tail is not
722 counted). 'effective_length' counts only the positions that can
723 generate a valid fragment. If no poly(A) tail is added,
724 'effective_length' is equal to transcript length - mean fragment
725 length + 1. If one transcript's effective length is less than 1, this
726 transcript's both effective length and abundance estimates are set to
727 0.
728
729 'expected_count' is the sum of the posterior probability of each read
730 comes from this transcript over all reads. Because 1) each read
731 aligning to this transcript has a probability of being generated from
732 background noise; 2) RSEM may filter some alignable low quality reads,
733 the sum of expected counts for all transcript are generally less than
734 the total number of reads aligned.
735
736 'TPM' stands for Transcripts Per Million. It is a relative measure of
737 transcript abundance. The sum of all transcripts' TPM is 1
738 million. 'FPKM' stands for Fragments Per Kilobase of transcript per
739 Million mapped reads. It is another relative measure of transcript
740 abundance. If we define l_bar be the mean transcript length in a
741 sample, which can be calculated as
742
743 l_bar = \sum_i TPM_i / 10^6 * effective_length_i (i goes through every transcript), 
744
745 the following equation is hold:
746
747 FPKM_i = 10^3 / l_bar * TPM_i.
748
749 We can see that the sum of FPKM is not a constant across samples.
750
751 'IsoPct' stands for isoform percentage. It is the percentage of this
752 transcript's abandunce over its parent gene's abandunce. If its parent
753 gene has only one isoform or the gene information is not provided,
754 this field will be set to 100.
755
756 'pme_expected_count', 'pme_TPM', 'pme_FPKM' are posterior mean
757 estimates calculated by RSEM's Gibbs sampler. 'IsoPct_from_pme_TPM' is
758 the isoform percentage calculated from 'pme_TPM' values.
759
760 'TPM_ci_lower_bound', 'TPM_ci_upper_bound', 'FPKM_ci_lower_bound' and
761 'FPKM_ci_upper_bound' are lower(l) and upper(u) bounds of 95%
762 credibility intervals for TPM and FPKM values. The bounds are
763 inclusive (i.e. [l, u]).
764
765 =item B<sample_name.genes.results>
766
767 File containing gene level expression estimates. The first line
768 contains column names separated by the tab character. The format of
769 each line in the rest of this file is:
770
771 gene_id transcript_id(s) length effective_length expected_count TPM FPKM [pme_expected_count pme_TPM pme_FPKM TPM_ci_lower_bound TPM_ci_upper_bound FPKM_ci_lower_bound FPKM_ci_upper_bound]
772
773 Fields are separated by the tab character. Fields within "[]" are
774 optional. They will not be presented if neither '--calc-pme' nor
775 '--calc-ci' is set.
776
777 'transcript_id(s)' is a comma-separated list of transcript_ids
778 belonging to this gene. If no gene information is provided, 'gene_id'
779 and 'transcript_id(s)' are identical (the 'transcript_id').
780
781 A gene's 'length' and 'effective_length' are
782 defined as the weighted average of its transcripts' lengths and
783 effective lengths (weighted by 'IsoPct'). A gene's abundance estimates
784 are just the sum of its transcripts' abundance estimates.
785
786 =item B<sample_name.alleles.results>
787
788 Only generated when the RSEM references are built with allele-specific
789 transcripts.
790
791 This file contains allele level expression estimates for
792 allele-specific expression calculation. The first line
793 contains column names separated by the tab character. The format of
794 each line in the rest of this file is:
795
796 allele_id transcript_id gene_id length effective_length expected_count TPM FPKM AlleleIsoPct AlleleGenePct [pme_expected_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]
797
798 Fields are separated by the tab character. Fields within "[]" are
799 optional. They will not be presented if neither '--calc-pme' nor
800 '--calc-ci' is set.
801
802 'allele_id' is the allele-specific name of this allele-specific transcript.
803
804 'AlleleIsoPct' stands for allele-specific percentage on isoform
805 level. It is the percentage of this allele-specific transcript's
806 abundance over its parent transcript's abundance. If its parent
807 transcript has only one allele variant form, this field will be set to
808 100.
809
810 'AlleleGenePct' stands for allele-specific percentage on gene
811 level. It is the percentage of this allele-specific transcript's
812 abundance over its parent gene's abundance.
813
814 'AlleleIsoPct_from_pme_TPM' and 'AlleleGenePct_from_pme_TPM' have
815 similar meanings. They are calculated based on posterior mean
816 estimates.
817
818 Please note that if this file is present, the fields 'length' and
819 'effective_length' in 'sample_name.isoforms.results' should be
820 interpreted similarly as the corresponding definitions in
821 'sample_name.genes.results'.
822
823 =item B<sample_name.transcript.bam, sample_name.transcript.sorted.bam and sample_name.transcript.sorted.bam.bai>
824
825 Only generated when --no-bam-output is not specified.
826
827 'sample_name.transcript.bam' is a BAM-formatted file of read
828 alignments in transcript coordinates. The MAPQ field of each alignment
829 is set to min(100, floor(-10 * log10(1.0 - w) + 0.5)), where w is the
830 posterior probability of that alignment being the true mapping of a
831 read.  In addition, RSEM pads a new tag ZW:f:value, where value is a
832 single precision floating number representing the posterior
833 probability. Because this file contains all alignment lines produced
834 by bowtie or user-specified aligners, it can also be used as a
835 replacement of the aligner generated BAM/SAM file. For paired-end
836 reads, if one mate has alignments but the other does not, this file
837 marks the alignable mate as "unmappable" (flag bit 0x4) and appends an
838 optional field "Z0:A:!".
839
840 'sample_name.transcript.sorted.bam' and
841 'sample_name.transcript.sorted.bam.bai' are the sorted BAM file and
842 indices generated by samtools (included in RSEM package).
843
844 =item B<sample_name.genome.bam, sample_name.genome.sorted.bam and sample_name.genome.sorted.bam.bai>
845
846 Only generated when --no-bam-output is not specified and --output-genome-bam is specified.
847
848 'sample_name.genome.bam' is a BAM-formatted file of read alignments in
849 genomic coordinates. Alignments of reads that have identical genomic
850 coordinates (i.e., alignments to different isoforms that share the
851 same genomic region) are collapsed into one alignment.  The MAPQ field
852 of each alignment is set to min(100, floor(-10 * log10(1.0 - w) +
853 0.5)), where w is the posterior probability of that alignment being
854 the true mapping of a read.  In addition, RSEM pads a new tag
855 ZW:f:value, where value is a single precision floating number
856 representing the posterior probability. If an alignment is spliced, a
857 XS:A:value tag is also added, where value is either '+' or '-'
858 indicating the strand of the transcript it aligns to.
859
860 'sample_name.genome.sorted.bam' and 'sample_name.genome.sorted.bam.bai' are the
861 sorted BAM file and indices generated by samtools (included in RSEM package).
862
863 =item B<sample_name.time>
864
865 Only generated when --time is specified.
866
867 It contains time (in seconds) consumed by aligning reads, estimating expression levels and calculating credibility intervals.
868
869 =item B<sample_name.stat>
870
871 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.
872
873 =back
874
875 =head1 EXAMPLES
876
877 Assume the path to the bowtie executables is in the user's PATH environment variable. Reference files are under '/ref' with name 'mouse_125'. 
878
879 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:
880
881  rsem-calculate-expression --phred64-quals \
882                            -p 8 \
883                            --output-genome-bam \
884                            /data/mmliver.fq \
885                            /ref/mouse_125 \
886                            mmliver_single_quals
887
888 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:
889
890  rsem-calculate-expression -p 8 \
891                            --paired-end \
892                            /data/mmliver_1.fq \
893                            /data/mmliver_2.fq \
894                            /ref/mouse_125 \
895                            mmliver_paired_end_quals
896
897 3) '/data/mmliver.fa', single-end reads without quality scores. We want to use 8 threads:
898
899  rsem-calculate-expression -p 8 \
900                            --no-qualities \
901                            /data/mmliver.fa \
902                            /ref/mouse_125 \
903                            mmliver_single_without_quals
904
905 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:
906
907  rsem-calculate-expression --bowtie-path /sw/bowtie \
908                            --phred64-quals \
909                            --fragment-length-mean 150.0 \
910                            --fragment-length-sd 35.0 \
911                            -p 8 \
912                            --output-genome-bam \
913                            --calc-ci \
914                            --ci-memory 1024 \
915                            /data/mmliver.fq \
916                            /ref/mouse_125 \
917                            mmliver_single_quals
918
919 5) '/data/mmliver_paired_end_quals.bam', paired-end reads with quality scores. We want to use 8 threads:
920
921  rsem-calculate-expression --paired-end \
922                            --bam \
923                            -p 8 \
924                            /data/mmliver_paired_end_quals.bam \
925                            /ref/mouse_125 \
926                            mmliver_paired_end_quals
927
928 =cut