]> git.donarmstrong.com Git - rsem.git/blob - rsem-calculate-expression
fec2e310471c331d4bdf3b745ad4c129f2f5aee1
[rsem.git] / rsem-calculate-expression
1 #!/usr/bin/perl
2
3 use Getopt::Long;
4 use Pod::Usage;
5 use FindBin;
6 use lib $FindBin::Bin;
7 use strict;
8
9 use rsem_perl_utils qw(runCommand collectResults showVersionInfo);
10
11 #const
12 my $BURNIN = 200;
13 my $NCV = 1000;
14 my $SAMPLEGAP = 1;
15 my $CONFIDENCE = 0.95;
16 my $NSPC = 50;
17
18 my $NMB = 1024; # default
19
20 my $status = 0;
21
22 my $read_type = 1; # default, single end with qual
23
24 my $bowtie_path = "";
25 my $C = 2;
26 my $E = 99999999;
27 my $L = 25;
28 my $maxHits = 200;
29 my $chunkMbs = 0;       # 0 = use bowtie default
30 my $phred33 = 0;
31 my $phred64 = 0;
32 my $solexa = 0;
33
34 my $is_sam = 0;
35 my $is_bam = 0;
36 my $fn_list = "";
37 my $tagName = "XM";
38
39 my $probF = 0.5;
40
41 my $minL = 1;
42 my $maxL = 1000;
43 my $mean = -1;
44 my $sd = 0;
45
46 my $estRSPD = 0;
47 my $B = 20;
48
49 my $nThreads = 1;
50 my $genBamF = 1;  # default is generating transcript bam file
51 my $genGenomeBamF = 0;
52 my $sampling = 0;
53 my $calcCI = 0;
54 my $var_opt = 0; # temporarily, only for internal use
55 my $quiet = 0;
56 my $help = 0;
57
58 my $paired_end = 0;
59 my $no_qual = 0;
60 my $keep_intermediate_files = 0;
61
62 my $strand_specific = 0;
63
64 my $version = 0;
65
66 my $mTime = 0;
67 my ($time_start, $time_end, $time_alignment, $time_rsem, $time_ci) = (0, 0, 0, 0, 0);
68
69 my $mate1_list = "";
70 my $mate2_list = "";
71 my $inpF = "";
72
73 my ($refName, $sampleName, $sampleToken, $temp_dir, $stat_dir, $imdName, $statName) = ();
74 my $gap = 32;
75
76 GetOptions("keep-intermediate-files" => \$keep_intermediate_files,
77            "temporary-folder=s" => \$temp_dir,
78            "no-qualities" => \$no_qual,
79            "paired-end" => \$paired_end,
80            "strand-specific" => \$strand_specific,
81            "sam" => \$is_sam,
82            "bam" => \$is_bam,
83            "sam-header-info=s" => \$fn_list,
84            "tag=s" => \$tagName,
85            "seed-length=i" => \$L,
86            "bowtie-path=s" => \$bowtie_path,
87            "bowtie-n=i" => \$C,
88            "bowtie-e=i" => \$E,
89            "bowtie-m=i" => \$maxHits,
90            "bowtie-chunkmbs=i" => \$chunkMbs,
91            "phred33-quals" => \$phred33,
92            "phred64-quals" => \$phred64, #solexa1.3-quals" => \$phred64,
93            "solexa-quals" => \$solexa,
94            "forward-prob=f" => \$probF,
95            "fragment-length-min=i" => \$minL,
96            "fragment-length-max=i" => \$maxL,
97            "fragment-length-mean=f" => \$mean,
98            "fragment-length-sd=f" => \$sd,
99            "estimate-rspd" => \$estRSPD,
100            "num-rspd-bins=i" => \$B,
101            "p|num-threads=i" => \$nThreads,
102            "no-bam-output" => sub { $genBamF = 0; },
103            "output-genome-bam" => \$genGenomeBamF,
104            "sampling-for-bam" => \$sampling,
105            "var" => \$var_opt,
106            "calc-ci" => \$calcCI,
107            "ci-memory=i" => \$NMB,
108            "time" => \$mTime,
109            "version" => \$version,
110            "q|quiet" => \$quiet,
111            "h|help" => \$help) or pod2usage(-exitval => 2, -verbose => 2);
112
113 my $dir = "$FindBin::Bin/";
114
115 pod2usage(-verbose => 2) if ($help == 1);
116 &showVersionInfo($dir) if ($version == 1);
117
118 #check parameters and options
119
120 if ($is_sam || $is_bam) {
121     pod2usage(-msg => "Invalid number of arguments!", -exitval => 2, -verbose => 2) if (scalar(@ARGV) != 3);
122     pod2usage(-msg => "--sam and --bam cannot be active at the same time!", -exitval => 2, -verbose => 2) if ($is_sam == 1&& $is_bam == 1);
123     pod2usage(-msg => "--bowtie-path, --bowtie-n, --bowtie-e, --bowtie-m, --phred33-quals, --phred64-quals or --solexa-quals cannot be set if input is SAM/BAM format!", -exitval => 2, -verbose => 2) if ($bowtie_path ne "" || $C != 2 || $E != 99999999 || $maxHits != 200 || $phred33 || $phred64 || $solexa);
124 }
125 else {
126     pod2usage(-msg => "Invalid number of arguments!", -exitval => 2, -verbose => 2) if (!$paired_end && scalar(@ARGV) != 3 || $paired_end && scalar(@ARGV) != 4);    
127     pod2usage(-msg => "Only one of --phred33-quals --phred64-quals/--solexa1.3-quals --solexa-suqls can be active!", -exitval => 2, -verbose => 2) if ($phred33 + $phred64 + $solexa > 1);    
128     podwusage(-msg => "--sam , --bam or --sam-header-info cannot be set if use bowtie aligner to produce alignments!", -exitval => 2, -verbose => 2) if ($is_sam || $is_bam || $fn_list ne "");
129 }
130
131 pod2usage(-msg => "Forward probability should be in [0, 1]!", -exitval => 2, -verbose => 2) if ($probF < 0 || $probF > 1);
132 pod2usage(-msg => "Min fragment length should be at least 1!", -exitval => 2, -verbose => 2) if ($minL < 1);
133 pod2usage(-msg => "Min fragment length should be smaller or equal to max fragment length!", -exitval => 2, -verbose => 2) if ($minL > $maxL);
134 pod2usage(-msg => "The memory allocated for calculating credibility intervals should be at least 1 MB!\n", -exitval => 2, -verbose => 2) if ($NMB < 1);
135 pod2usage(-msg => "Number of threads should be at least 1!\n", -exitval => 2, -verbose => 2) if ($nThreads < 1);
136 pod2usage(-msg => "Seed length should be at least 5!\n", -exitval => 2, -verbose => 2) if ($L < 5);
137 pod2usage(-msg => "--sampling-for-bam cannot be specified if --no-bam-output is specified!\n", -exitval => 2, -verbose => 2) if ($sampling && !$genBamF);
138 pod2usage(-msg => "--output-genome-bam cannot be specified if --no-bam-output is specified!\n", -exitval => 2, -verbose => 2) if ($genGenomeBamF && !$genBamF);
139
140 if ($L < 25) { print "Warning: the seed length set is less than 25! This is only allowed if the references are not added poly(A) tails.\n"; }
141
142 if ($strand_specific) { $probF = 1.0; }
143
144 if ($paired_end) {
145     if ($no_qual) { $read_type = 2; }
146     else { $read_type = 3; }
147 }
148 else {
149     if ($no_qual) { $read_type = 0; }
150     else { $read_type = 1; }
151 }
152
153 if (scalar(@ARGV) == 3) {
154     if ($is_sam || $is_bam) { $inpF = $ARGV[0]; } 
155     else {$mate1_list = $ARGV[0]; }
156     $refName = $ARGV[1];
157     $sampleName = $ARGV[2];
158 }
159 else {
160     $mate1_list = $ARGV[0];
161     $mate2_list = $ARGV[1];
162     $refName = $ARGV[2];
163     $sampleName = $ARGV[3];
164 }
165
166 if ($genGenomeBamF) {
167     open(INPUT, "$refName.ti");
168     my $line = <INPUT>; chomp($line);
169     close(INPUT);
170     my ($M, $type) = split(/ /, $line);
171     pod2usage(-msg => "No genome information provided, so genome bam file cannot be generated!\n", -exitval => 2, -verbose => 2) if ($type != 0);
172 }
173
174 my $pos = rindex($sampleName, '/');
175 if ($pos < 0) { $sampleToken = $sampleName; }
176 else { $sampleToken = substr($sampleName, $pos + 1); }
177
178 if ($temp_dir eq "") { $temp_dir = "$sampleName.temp"; }
179 $stat_dir = "$sampleName.stat";
180
181 if (!(-d $temp_dir) && !mkdir($temp_dir)) { print "Fail to create folder $temp_dir.\n"; exit(-1); }
182 if (!(-d $stat_dir) && !mkdir($stat_dir)) { print "Fail to create folder $stat_dir.\n"; exit(-1); }
183
184 $imdName = "$temp_dir/$sampleToken";
185 $statName = "$stat_dir/$sampleToken";
186
187 if (!$is_sam && !$is_bam && !$no_qual && ($phred33 + $phred64 + $solexa == 0)) { $phred33 = 1; }
188
189 my ($mate_minL, $mate_maxL) = (1, $maxL);
190
191 if ($bowtie_path ne "") { $bowtie_path .= "/"; }
192
193 my $command = "";
194
195 if (!$is_sam && !$is_bam) {
196     $command = $bowtie_path."bowtie";
197     if ($no_qual) { $command .= " -f"; }
198     else { $command .= " -q"; }
199     
200     if ($phred33) { $command .= " --phred33-quals"; }
201     elsif ($phred64) { $command .= " --phred64-quals"; }
202     elsif ($solexa) { $command .= " --solexa-quals"; }
203     
204     $command .= " -n $C -e $E -l $L";
205     if ($read_type == 2 || $read_type == 3) { $command .= " -I $minL -X $maxL"; }
206     if ($chunkMbs > 0) { $command .= " --chunkmbs $chunkMbs"; }
207     
208     if ($strand_specific || $probF == 1.0) { $command .= " --norc"; }
209     elsif ($probF == 0.0) { $command .= " --nofw"; }
210
211     $command .= " -p $nThreads -a -m $maxHits -S";
212     if ($quiet) { $command .= " --quiet"; }    
213
214     $command .= " $refName";
215     if ($read_type == 0 || $read_type == 1) {
216         $command .= " $mate1_list"; 
217     }
218     else {
219         $command .= " -1 $mate1_list -2 $mate2_list";
220     }
221
222     # pipe to samtools to generate a BAM file
223     $command .= " | $dir\sam/samtools view -S -b -o $imdName.bam -";
224
225     if ($mTime) { $time_start = time(); }
226
227     &runCommand($command);
228
229     if ($mTime) { $time_end = time(); $time_alignment = $time_end - $time_start; }
230
231     $inpF = "$imdName.bam";
232     $is_bam = 1; # alignments are outputed as a BAM file
233 }
234
235 if ($mTime) { $time_start = time(); }
236
237 $command = $dir."rsem-parse-alignments $refName $imdName $statName";
238
239 my $samInpType;
240 if ($is_sam) { $samInpType = "s"; } 
241 elsif ($is_bam) { $samInpType = "b"; }
242
243 $command .= " $samInpType $inpF -t $read_type";
244 if ($fn_list ne "") { $command .= " -l $fn_list"; }
245 if ($tagName ne "") { $command .= " -tag $tagName"; }
246 if ($quiet) { $command .= " -q"; }
247
248 &runCommand($command);
249
250 $command = $dir."rsem-build-read-index $gap"; 
251 if ($read_type == 0) { $command .= " 0 $quiet $imdName\_alignable.fa"; }
252 elsif ($read_type == 1) { $command .= " 1 $quiet $imdName\_alignable.fq"; }
253 elsif ($read_type == 2) { $command .= " 0 $quiet $imdName\_alignable_1.fa $imdName\_alignable_2.fa"; }
254 elsif ($read_type == 3) { $command .= " 1 $quiet $imdName\_alignable_1.fq $imdName\_alignable_2.fq"; }
255 else { print "Impossible! read_type is not in [1,2,3,4]!\n"; exit(-1); }
256 &runCommand($command);
257
258 my $doesOpen = open(OUTPUT, ">$imdName.mparams");
259 if ($doesOpen == 0) { print "Cannot generate $imdName.mparams!\n"; exit(-1); }
260 print OUTPUT "$minL $maxL\n";
261 print OUTPUT "$probF\n";
262 print OUTPUT "$estRSPD\n";
263 print OUTPUT "$B\n";
264 print OUTPUT "$mate_minL $mate_maxL\n";
265 print OUTPUT "$mean $sd\n";
266 print OUTPUT "$L\n";
267 close(OUTPUT);  
268
269 $command = $dir."rsem-run-em $refName $read_type $sampleName $imdName $statName -p $nThreads";
270 if ($genBamF) { 
271     $command .= " -b $samInpType $inpF";
272     if ($fn_list ne "") { $command .= " 1 $fn_list"; }
273     else { $command .= " 0"; }
274     if ($sampling) { $command .= " --sampling"; }
275 }
276 if ($calcCI || $var_opt) { $command .= " --gibbs-out"; }
277 if ($quiet) { $command .= " -q"; }
278
279 &runCommand($command);
280
281 &collectResults("isoform", "$imdName.iso_res", "$sampleName.isoforms.results"); # isoform level
282 &collectResults("gene", "$imdName.gene_res", "$sampleName.genes.results"); # gene level
283
284 if ($genBamF) {
285     $command = $dir."sam/samtools sort $sampleName.transcript.bam $sampleName.transcript.sorted";
286     &runCommand($command);
287     $command = $dir."sam/samtools index $sampleName.transcript.sorted.bam";
288     &runCommand($command);
289
290     if ($genGenomeBamF) {
291         $command = $dir."rsem-tbam2gbam $refName $sampleName.transcript.bam $sampleName.genome.bam";
292         &runCommand($command);
293         $command = $dir."sam/samtools sort $sampleName.genome.bam $sampleName.genome.sorted";
294         &runCommand($command);
295         $command = $dir."sam/samtools index $sampleName.genome.sorted.bam";
296         &runCommand($command);
297     }
298 }
299
300 if ($mTime) { $time_end = time(); $time_rsem = $time_end - $time_start; }
301
302 if ($mTime) { $time_start = time(); }
303
304 if ($calcCI || $var_opt) {
305     $command = $dir."rsem-run-gibbs $refName $imdName $statName $BURNIN $NCV $SAMPLEGAP";
306     $command .= " -p $nThreads";
307     if ($var_opt) { $command .= " --var"; }
308     if ($quiet) { $command .= " -q"; }
309     &runCommand($command);
310 }
311
312 if ($calcCI) {
313     system("mv $sampleName.isoforms.results $imdName.isoforms.results.bak1");
314     system("mv $sampleName.genes.results $imdName.genes.results.bak1");
315     &collectResults("isoform", "$imdName.iso_res", "$sampleName.isoforms.results"); # isoform level
316     &collectResults("gene", "$imdName.gene_res", "$sampleName.genes.results"); # gene level
317
318     $command = $dir."rsem-calculate-credibility-intervals $refName $imdName $statName $CONFIDENCE $NCV $NSPC $NMB";
319     $command .= " -p $nThreads";
320     if ($quiet) { $command .= " -q"; }
321     &runCommand($command);
322
323     system("mv $sampleName.isoforms.results $imdName.isoforms.results.bak2");
324     system("mv $sampleName.genes.results $imdName.genes.results.bak2");
325     &collectResults("isoform", "$imdName.iso_res", "$sampleName.isoforms.results"); # isoform level
326     &collectResults("gene", "$imdName.gene_res", "$sampleName.genes.results"); # gene level
327 }
328
329 if ($mTime) { $time_end = time(); $time_ci = $time_end - $time_start; }
330
331 if ($mTime) { $time_start = time(); }
332
333 if (!$keep_intermediate_files) {
334     &runCommand("rm -rf $temp_dir", "Fail to delete the temporary folder!");
335 }
336
337 if ($mTime) { $time_end = time(); }
338
339 if ($mTime) { 
340     open(OUTPUT, ">$sampleName.time");
341     print OUTPUT "Aligning reads: $time_alignment s.\n";
342     print OUTPUT "Estimating expression levels: $time_rsem s.\n";
343     print OUTPUT "Calculating credibility intervals: $time_ci s.\n";
344     my $time_del = $time_end - $time_start;
345 #    print OUTPUT "Delete: $time_del s.\n";
346     close(OUTPUT);
347 }
348
349 __END__
350
351 =head1 NAME
352
353 rsem-calculate-expression
354
355 =head1 SYNOPSIS
356
357 =over
358
359  rsem-calculate-expression [options] upstream_read_file(s) reference_name sample_name
360  rsem-calculate-expression [options] --paired-end upstream_read_file(s) downstream_read_file(s) reference_name sample_name
361  rsem-calculate-expression [options] --sam/--bam [--paired-end] input reference_name sample_name
362
363 =back
364
365 =head1 ARGUMENTS
366
367 =over
368
369 =item B<upstream_read_files(s)>
370
371 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.
372
373 =item B<downstream_read_file(s)>
374
375 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.
376
377 =item B<input>
378
379 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.
380
381 =item B<reference_name>                        
382
383 The name of the reference used.  The user must have run 'rsem-prepare-reference' with this reference_name before running this program.
384
385 =item B<sample_name>
386
387 The name of the sample analyzed. All output files are prefixed by this name (e.g., sample_name.genes.results)
388
389 =back
390
391 =head1 OPTIONS
392
393 =over
394
395 =item B<--paired-end>
396
397 Input reads are paired-end reads. (Default: off)
398
399 =item B<--no-qualities>
400
401 Input reads do not contain quality scores. (Default: off)
402
403 =item B<--strand-specific>
404
405 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 aligner, the '--norc' Bowtie option will be used, which disables alignment to the reverse strand of transcripts.  (Default: off)
406
407 =item B<--sam>
408
409 Input file is in SAM format. (Default: off)
410
411 =item B<--bam>
412
413 Input file is in BAM format. (Default: off)
414
415 =item B<--sam-header-info> <file>
416
417 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: "")
418
419 =item B<-p/--num-threads> <int>
420
421 Number of threads to use. Both Bowtie and expression estimation will use this many threads. (Default: 1)
422
423 =item B<--no-bam-output>
424
425 Do not output any BAM file. (Default: off)
426
427 =item B<--output-genome-bam>
428
429 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)
430
431 =item B<--sampling-for-bam>
432
433 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)
434
435 =item B<--calc-ci>
436
437 Calculate 95% credibility intervals and posterior mean estimates.  (Default: off)
438
439 =item B<--seed-length> <int>
440
441 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)
442
443 =item B<--tag> <string>
444
445 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: "")
446
447 =item B<--bowtie-path> <path>
448
449 The path to the bowtie executables. (Default: the path to the bowtie executables is assumed to be in the user's PATH environment variable)
450
451 =item B<--bowtie-n> <int>
452
453 (Bowtie parameter) max # of mismatches in the seed. (Range: 0-3, Default: 2)
454
455 =item B<--bowtie-e> <int>
456
457 (Bowtie parameter) max sum of mismatch quality scores across the alignment. (Default: 99999999)
458
459 =item B<--bowtie-m> <int>
460
461 (Bowtie parameter) suppress all alignments for a read if > <int> valid alignments exist. (Default: 200)
462
463 =item B<--bowtie-chunkmbs> <int>
464
465 (Bowtie parameter) memory allocated for best first alignment calculation (Default: 0 - use bowtie's default)
466
467 =item B<--phred33-quals>
468
469 Input quality scores are encoded as Phred+33. (Default: on)
470
471 =item B<--phred64-quals>
472
473 Input quality scores are encoded as Phred+64 (default for GA Pipeline ver. >= 1.3). (Default: off)
474
475 =item B<--solexa-quals>
476
477 Input quality scores are solexa encoded (from GA Pipeline ver. < 1.3). (Default: off)
478
479 =item B<--forward-prob> <double>
480
481 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)
482
483 =item B<--fragment-length-min> <int>
484
485 Minimum read/insert length allowed. This is also the value for the bowtie -I option. (Default: 1)
486
487 =item B<--fragment-length-max> <int>
488
489 Maximum read/insert length allowed. This is also the value for the bowtie -X option. (Default: 1000)
490
491 =item B<--fragment-length-mean> <double>
492
493 (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)
494
495 =item B<--fragment-length-sd> <double>
496
497 (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>)
498
499 =item B<--estimate-rspd>
500
501 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)
502
503 =item B<--num-rspd-bins> <int>
504
505 Number of bins in the RSPD. Only relevant when '--estimate-rspd' is specified.  Use of the default setting is recommended. (Default: 20)
506
507 =item B<--ci-memory> <int>
508
509 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)
510
511 =item B<--keep-intermediate-files>
512
513 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)
514
515 =item B<--temporary-folder> <string>
516
517 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)
518
519 =item B<--time>
520
521 Output time consumed by each step of RSEM to 'sample_name.time'. (Default: off)
522
523 =item B<-q/--quiet>
524
525 Suppress the output of logging information. (Default: off)
526
527 =item B<-h/--help>
528
529 Show help information.
530
531 =back
532
533 =head1 DESCRIPTION
534
535 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. 
536
537 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: 
538
539   convert-sam-for-rsem /ref/mouse_125 input.sam -o input_for_rsem.sam  
540
541 For details, please refer to 'convert-sam-for-rsem's documentation page.
542
543 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 '*'. 
544
545 The user must run 'rsem-prepare-reference' with the appropriate reference before using this program.
546
547 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.
548
549 Please note that some of the default values for the Bowtie parameters are not the same as those defined for Bowtie itself.
550
551 The temporary directory and all intermediate files will be removed when RSEM finishes unless '--keep-intermediate-files' is specified.
552
553 With the '--calc-ci' option, 95% credibility intervals and posterior mean estimates will be calculated in addition to maximum likelihood estimates.
554
555 =head1 OUTPUT
556
557 =over
558
559 =item B<sample_name.isoforms.results> 
560
561 File containing isoform level expression estimates. The first line
562 contains column names separated by the tab character. The format of
563 each line in the rest of this file is:
564
565 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]
566
567 Fields are separated by the tab character. Fields within "[]" are only
568 presented if '--calc-ci' is set.
569
570 'transcript_id' is the transcript name of this transcript. 'gene_id'
571 is the gene name of the gene which this transcript belongs to (denote
572 this gene as its parent gene). If no gene information is provided,
573 'gene_id' and 'transcript_id' are the same.
574
575 'length' is this transcript's sequence length (poly(A) tail is not
576 counted). 'effective_length' counts only the positions that can
577 generate a valid fragment. If no poly(A) tail is added,
578 'effective_length' is equal to transcript length - mean fragment
579 length + 1. If one transcript's effective length is less than 1, this
580 transcript's both effective length and abundance estimates are set to
581 0.
582
583 'expected_count' is the sum of the posterior probability of each read
584 comes from this transcript over all reads. Because 1) each read
585 aligning to this transcript has a probability of being generated from
586 background noise; 2) RSEM may filter some alignable low quality reads,
587 the sum of expected counts for all transcript are generally less than
588 the total number of reads aligned.
589
590 'TPM' stands for Transcripts Per Million. It is a relative measure of
591 transcript abundance. The sum of all transcripts' TPM is 1
592 million. 'FPKM' stands for Fragments Per Kilobase of transcript per
593 Million mapped reads. It is another relative measure of transcript
594 abundance. If we define l_bar be the mean transcript length in a
595 sample, which can be calculated as
596
597 l_bar = \sum_i TPM_i / 10^6 * effective_length_i (i goes through every transcript), 
598
599 the following equation is hold:
600
601 FPKM_i = 10^3 / l_bar * TPM_i.
602
603 We can see that the sum of FPKM is not a constant across samples.
604
605 'IsoPct' stands for isoform percentage. It is the percentage of this
606 transcript's abandunce over its parent gene's abandunce. If its parent
607 gene has only one isoform or the gene information is not provided,
608 this field will be set to 100.
609
610 'pme_expected_count', 'pme_TPM', 'pme_FPKM' are posterior mean
611 estimates calculated by RSEM's Gibbs sampler. 'IsoPct_from_pme_TPM' is
612 the isoform percentage calculated from 'pme_TPM' values.
613
614 'TPM_ci_lower_bound', 'TPM_ci_upper_bound', 'FPKM_ci_lower_bound' and
615 'FPKM_ci_upper_bound' are lower(l) and upper(u) bounds of 95%
616 credibility intervals for TPM and FPKM values. The bounds are
617 inclusive (i.e. [l, u]).
618
619 =item B<sample_name.genes.results>
620
621 File containing gene level expression estimates. The first line
622 contains column names separated by the tab character. The format of
623 each line in the rest of this file is:
624
625 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]
626
627 Fields are separated by the tab character. Fields within "[]" are only
628 presented if '--calc-ci' is set. 
629
630 'transcript_id(s)' is a comma-separated list of transcript_ids
631 belonging to this gene. If no gene information is provided, 'gene_id'
632 and 'transcript_id(s)' are identical (the 'transcript_id').
633
634 A gene's 'length' and 'effective_length' are
635 defined as the weighted average of its transcripts' lengths and
636 effective lengths (weighted by 'IsoPct'). A gene's abundance estimates
637 are just the sum of its transcripts' abundance estimates.
638
639 =item B<sample_name.transcript.bam, sample_name.transcript.sorted.bam and sample_name.transcript.sorted.bam.bai>
640
641 Only generated when --no-bam-output is not specified.
642
643 'sample_name.transcript.bam' is a BAM-formatted file of read
644 alignments in transcript coordinates. The MAPQ field of each alignment
645 is set to min(100, floor(-10 * log10(1.0 - w) + 0.5)), where w is the
646 posterior probability of that alignment being the true mapping of a
647 read.  In addition, RSEM pads a new tag ZW:f:value, where value is a
648 single precision floating number representing the posterior
649 probability. Because this file contains all alignment lines produced
650 by bowtie or user-specified aligners, it can also be used as a
651 replacement of the aligner generated BAM/SAM file. For paired-end
652 reads, if one mate has alignments but the other does not, this file
653 marks the alignable mate as "unmappable" (flag bit 0x4) and appends an
654 optional field "Z0:A:!".
655
656 'sample_name.transcript.sorted.bam' and
657 'sample_name.transcript.sorted.bam.bai' are the sorted BAM file and
658 indices generated by samtools (included in RSEM package).
659
660 =item B<sample_name.genome.bam, sample_name.genome.sorted.bam and sample_name.genome.sorted.bam.bai>
661
662 Only generated when --no-bam-output is not specified and --output-genome-bam is specified.
663
664 'sample_name.genome.bam' is a BAM-formatted file of read alignments in
665 genomic coordinates. Alignments of reads that have identical genomic
666 coordinates (i.e., alignments to different isoforms that share the
667 same genomic region) are collapsed into one alignment.  The MAPQ field
668 of each alignment is set to min(100, floor(-10 * log10(1.0 - w) +
669 0.5)), where w is the posterior probability of that alignment being
670 the true mapping of a read.  In addition, RSEM pads a new tag
671 ZW:f:value, where value is a single precision floating number
672 representing the posterior probability. If an alignment is spliced, a
673 XS:A:value tag is also added, where value is either '+' or '-'
674 indicating the strand of the transcript it aligns to.
675
676 'sample_name.genome.sorted.bam' and 'sample_name.genome.sorted.bam.bai' are the
677 sorted BAM file and indices generated by samtools (included in RSEM package).
678
679 =item B<sample_name.time>
680
681 Only generated when --time is specified.
682
683 It contains time (in seconds) consumed by aligning reads, estimating expression levels and calculating credibility intervals.
684
685 =item B<sample_name.stat>
686
687 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.
688
689 =back
690
691 =head1 EXAMPLES
692
693 Assume the path to the bowtie executables is in the user's PATH environment variable. Reference files are under '/ref' with name 'mouse_125'. 
694
695 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:
696
697  rsem-calculate-expression --phred64-quals \
698                            -p 8 \
699                            --output-genome-bam \
700                            /data/mmliver.fq \
701                            /ref/mouse_125 \
702                            mmliver_single_quals
703
704 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:
705
706  rsem-calculate-expression -p 8 \
707                            --paired-end \
708                            /data/mmliver_1.fq \
709                            /data/mmliver_2.fq \
710                            /ref/mouse_125 \
711                            mmliver_paired_end_quals
712
713 3) '/data/mmliver.fa', single-end reads without quality scores. We want to use 8 threads:
714
715  rsem-calculate-expression -p 8 \
716                            --no-qualities \
717                            /data/mmliver.fa \
718                            /ref/mouse_125 \
719                            mmliver_single_without_quals
720
721 4) Data are the same as 1). 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:
722
723  rsem-calculate-expression --bowtie-path /sw/bowtie \
724                            --phred64-quals \
725                            --fragment-length-mean 150.0 \
726                            --fragment-length-sd 35.0 \
727                            -p 8 \
728                            --output-genome-bam \
729                            --calc-ci \
730                            --ci-memory 1024 \
731                            /data/mmliver.fq \
732                            /ref/mouse_125 \
733                            mmliver_single_quals
734
735 5) '/data/mmliver_paired_end_quals.bam', paired-end reads with quality scores.  We want to use 8 threads:
736
737  rsem-calculate-expression --paired-end \
738                            --bam \
739                            -p 8 \
740                            /data/mmliver_paired_end_quals.bam \
741                            /ref/mouse_125 \
742                            mmliver_paired_end_quals
743
744 =cut