bam_plcmd.c

   1 #include <stdio.h>
   2 #include <unistd.h>
   3 #include <ctype.h>
   4 #include "bam.h"
   5 #include "faidx.h"
   6 #include "bam_maqcns.h"
   7 #include "khash.h"
   8 #include "glf.h"
   9 KHASH_SET_INIT_INT64(64)
  10
  11 #define BAM_PLF_SIMPLE     0x01
  12 #define BAM_PLF_CNS        0x02
  13 #define BAM_PLF_INDEL_ONLY 0x04
  14 #define BAM_PLF_GLF        0x08
  15
  16 typedef struct {
  17         bam_header_t *h;
  18         bam_maqcns_t *c;
  19         bam_maqindel_opt_t *ido;
  20         faidx_t *fai;
  21         khash_t(64) *hash;
  22         uint32_t format;
  23         int tid, len, last_pos;
  24         int mask;
  25         char *ref;
  26         glfFile fp; // for glf output only
  27 } pu_data_t;
  28
  29 char **bam_load_pos(const char *fn, int *_n);
  30 void bam_init_header_hash(bam_header_t *header);
  31 int32_t bam_get_tid(const bam_header_t *header, const char *seq_name);
  32
  33 static khash_t(64) *load_pos(const char *fn, bam_header_t *h)
  34 {
  35         int n, tmp, i;
  36         char **list, *s;
  37         uint64_t x;
  38         khash_t(64) *hash;
  39         bam_init_header_hash(h);
  40         list = bam_load_pos(fn, &n);
  41         hash = kh_init(64);
  42         for (i = 0; i < n; ++i) {
  43                 x = (uint64_t)bam_get_tid(h, list[i]) << 32;
  44                 s = list[i];
  45                 while (*s++);
  46                 x |= *((uint32_t*)s) - 1;
  47                 kh_put(64, hash, x, &tmp);
  48                 free(list[i]);
  49         }
  50         free(list);
  51         return hash;
  52 }
  53
  54 // an analogy to pileup_func() below
  55 static int glt3_func(uint32_t tid, uint32_t pos, int n, const bam_pileup1_t *pu, void *data)
  56 {
  57         pu_data_t *d = (pu_data_t*)data;
  58         bam_maqindel_ret_t *r = 0;
  59         int rb;
  60         glf1_t *g;
  61         glf3_t *g3;
  62         if (d->fai == 0) {
  63                 fprintf(stderr, "[glt3_func] reference sequence is required for generating GLT. Abort!\n");
  64                 exit(1);
  65         }
  66         if (d->hash && kh_get(64, d->hash, (uint64_t)tid<<32|pos) == kh_end(d->hash)) return 0;
  67         g3 = glf3_init1();
  68         if (d->fai && (int)tid != d->tid) {
  69                 if (d->ref) { // then write the end mark
  70                         g3->rtype = GLF3_RTYPE_END;
  71                         glf3_write1(d->fp, g3);
  72                 }
  73                 glf3_ref_write(d->fp, d->h->target_name[tid], d->h->target_len[tid]); // write reference
  74                 free(d->ref);
  75                 d->ref = fai_fetch(d->fai, d->h->target_name[tid], &d->len);
  76                 d->tid = tid;
  77                 d->last_pos = 0;
  78         }
  79         rb = (d->ref && (int)pos < d->len)? d->ref[pos] : 'N';
  80         g = bam_maqcns_glfgen(n, pu, bam_nt16_table[rb], d->c);
  81         memcpy(g3, g, sizeof(glf1_t));
  82         g3->rtype = GLF3_RTYPE_SUB;
  83         g3->offset = pos - d->last_pos;
  84         d->last_pos = pos;
  85         glf3_write1(d->fp, g3);
  86         r = bam_maqindel(n, pos, d->ido, pu, d->ref);
  87         if (r) { // then write indel line
  88                 int het = 3 * n, min;
  89                 min = het;
  90                 if (min > r->gl[0]) min = r->gl[0];
  91                 if (min > r->gl[1]) min = r->gl[1];
  92                 g3->ref_base = 0;
  93                 g3->rtype = GLF3_RTYPE_INDEL;
  94                 memset(g3->lk, 0, 10);
  95                 g3->lk[0] = r->gl[0] - min < 255? r->gl[0] - min : 255;
  96                 g3->lk[1] = r->gl[1] - min < 255? r->gl[1] - min : 255;
  97                 g3->lk[2] = het - min < 255? het - min : 255;
  98                 g3->offset = 0;
  99                 g3->indel_len[0] = r->indel1;
 100                 g3->indel_len[1] = r->indel2;
 101                 g3->min_lk = min < 255? min : 255;
 102                 g3->max_len = (abs(r->indel1) > abs(r->indel2)? abs(r->indel1) : abs(r->indel2)) + 1;
 103                 g3->indel_seq[0] = strdup(r->s[0]+1);
 104                 g3->indel_seq[1] = strdup(r->s[1]+1);
 105                 glf3_write1(d->fp, g3);
 106                 bam_maqindel_ret_destroy(r);
 107         }
 108         free(g);
 109         glf3_destroy1(g3);
 110         return 0;
 111 }
 112
 113 static int pileup_func(uint32_t tid, uint32_t pos, int n, const bam_pileup1_t *pu, void *data)
 114 {
 115         pu_data_t *d = (pu_data_t*)data;
 116         bam_maqindel_ret_t *r = 0;
 117         int i, j, rb, max_mapq = 0;
 118         uint32_t x;
 119         if (d->hash && kh_get(64, d->hash, (uint64_t)tid<<32|pos) == kh_end(d->hash)) return 0;
 120         if (d->format & BAM_PLF_GLF) return glt3_func(tid, pos, n, pu, data);
 121         if (d->fai && (int)tid != d->tid) {
 122                 free(d->ref);
 123                 d->ref = fai_fetch(d->fai, d->h->target_name[tid], &d->len);
 124                 d->tid = tid;
 125         }
 126         rb = (d->ref && (int)pos < d->len)? d->ref[pos] : 'N';
 127         if (d->format & BAM_PLF_INDEL_ONLY) {
 128                 for (i = 0; i < n; ++i)
 129                         if (pu[i].indel != 0) break;
 130                 if (i == n) return 0;
 131         }
 132         printf("%s\t%d\t%c\t", d->h->target_name[tid], pos + 1, rb);
 133         if (d->format & BAM_PLF_CNS) { // consensus
 134                 int ref_q, rb4 = bam_nt16_table[rb];
 135                 x = bam_maqcns_call(n, pu, d->c);
 136                 ref_q = 0;
 137                 if (rb4 != 15 && x>>28 != 15 && x>>28 != rb4) { // a SNP
 138                         ref_q = ((x>>24&0xf) == rb4)? x>>8&0xff : (x>>8&0xff) + (x&0xff);
 139                         if (ref_q > 255) ref_q = 255;
 140                 }
 141                 printf("%c\t%d\t%d\t%d\t", bam_nt16_rev_table[x>>28], x>>8&0xff, ref_q, x>>16&0xff);
 142         }
 143         if (d->format & (BAM_PLF_CNS|BAM_PLF_INDEL_ONLY)) {
 144                 if (d->ref) // indel calling
 145                         r = bam_maqindel(n, pos, d->ido, pu, d->ref);
 146         }
 147         // pileup strings
 148         printf("%d\t", n);
 149         for (i = 0; i < n; ++i) {
 150                 const bam_pileup1_t *p = pu + i;
 151                 if (max_mapq < p->b->core.qual) max_mapq = p->b->core.qual;
 152                 if (p->is_head) printf("^%c", p->b->core.qual > 93? 126 : p->b->core.qual + 33);
 153                 if (!p->is_del) {
 154                         int c = bam_nt16_rev_table[bam1_seqi(bam1_seq(p->b), p->qpos)];
 155                         if (toupper(c) == toupper(rb)) c = bam1_strand(p->b)? ',' : '.';
 156                         else c = bam1_strand(p->b)? tolower(c) : toupper(c);
 157                         putchar(c);
 158                         if (p->indel > 0) {
 159                                 printf("+%d", p->indel);
 160                                 for (j = 1; j <= p->indel; ++j) {
 161                                         c = bam_nt16_rev_table[bam1_seqi(bam1_seq(p->b), p->qpos + j)];
 162                                         putchar(bam1_strand(p->b)? tolower(c) : toupper(c));
 163                                 }
 164                         } else if (p->indel < 0) {
 165                                 printf("%d", p->indel);
 166                                 for (j = 1; j <= -p->indel; ++j) {
 167                                         c = (d->ref && (int)pos+j < d->len)? d->ref[pos+j] : 'N';
 168                                         putchar(bam1_strand(p->b)? tolower(c) : toupper(c));
 169                                 }
 170                         }
 171                 } else putchar('*');
 172                 if (p->is_tail) putchar('$');
 173         }
 174         putchar('\t');
 175         for (i = 0; i < n; ++i) {
 176                 const bam_pileup1_t *p = pu + i;
 177                 int c = bam1_qual(p->b)[p->qpos] + 33;
 178                 if (c > 126) c = 126;
 179                 putchar(c);
 180         }
 181         if (d->format & BAM_PLF_SIMPLE) {
 182                 putchar('\t');
 183                 for (i = 0; i < n; ++i) {
 184                         int c = pu[i].b->core.qual + 33;
 185                         if (c > 126) c = 126;
 186                         putchar(c);
 187                 }
 188         }
 189         putchar('\n');
 190         if (r) { // then print indel line
 191                 printf("%s\t%d\t*\t", d->h->target_name[tid], pos + 1);
 192                 if (r->gt < 2) printf("%s/%s\t", r->s[r->gt], r->s[r->gt]);
 193                 else printf("%s/%s\t", r->s[0], r->s[1]);
 194                 printf("%d\t%d\t", r->q_cns, r->q_ref);
 195                 printf("%d\t%d\t", max_mapq, n);
 196                 printf("%s\t%s\t", r->s[0], r->s[1]);
 197                 //printf("%d\t%d\t", r->gl[0], r->gl[1]);
 198                 printf("%d\t%d\t%d\t%d\n", r->cnt1, r->cnt2, r->cnt_ambi, r->cnt_anti);
 199                 bam_maqindel_ret_destroy(r);
 200         }
 201         return 0;
 202 }
 203
 204 int bam_pileup(int argc, char *argv[])
 205 {
 206         int c;
 207         char *fn_list = 0, *fn_fa = 0, *fn_pos = 0;
 208         pu_data_t *d = (pu_data_t*)calloc(1, sizeof(pu_data_t));
 209         d->tid = -1; d->mask = BAM_DEF_MASK;
 210         d->c = bam_maqcns_init();
 211         d->ido = bam_maqindel_opt_init();
 212         while ((c = getopt(argc, argv, "st:f:cT:N:r:l:im:gI:G:")) >= 0) {
 213                 switch (c) {
 214                 case 's': d->format |= BAM_PLF_SIMPLE; break;
 215                 case 't': fn_list = strdup(optarg); break;
 216                 case 'l': fn_pos = strdup(optarg); break;
 217                 case 'f': fn_fa = strdup(optarg); break;
 218                 case 'T': d->c->theta = atof(optarg); break;
 219                 case 'N': d->c->n_hap = atoi(optarg); break;
 220                 case 'r': d->c->het_rate = atoi(optarg); break;
 221                 case 'c': d->format |= BAM_PLF_CNS; break;
 222                 case 'i': d->format |= BAM_PLF_INDEL_ONLY; break;
 223                 case 'm': d->mask = atoi(optarg); break;
 224                 case 'g': d->format |= BAM_PLF_GLF; break;
 225                 case 'I': d->ido->q_indel = atoi(optarg); break;
 226                 case 'G': d->ido->r_indel = atof(optarg); break;
 227                 default: fprintf(stderr, "Unrecognizd option '-%c'.\n", c); return 1;
 228                 }
 229         }
 230         if (optind == argc) {
 231                 fprintf(stderr, "\n");
 232                 fprintf(stderr, "Usage:  bamtk pileup [options] <in.bam>|<in.sam>\n\n");
 233                 fprintf(stderr, "Option: -s        simple (yet incomplete) pileup format\n");
 234                 fprintf(stderr, "        -i        only show lines/consensus with indels\n");
 235                 fprintf(stderr, "        -m INT    filtering reads with bits in INT [%d]\n", d->mask);
 236                 fprintf(stderr, "        -t FILE   list of reference sequences (assume the input is in SAM)\n");
 237                 fprintf(stderr, "        -l FILE   list of sites at which pileup is output\n");
 238                 fprintf(stderr, "        -f FILE   reference sequence in the FASTA format\n\n");
 239                 fprintf(stderr, "        -c        output the maq consensus sequence\n");
 240                 fprintf(stderr, "        -g        output in the extended GLT format (suppressing -c/-i/-s)\n");
 241                 fprintf(stderr, "        -T FLOAT  theta in maq consensus calling model (for -c/-g) [%f]\n", d->c->theta);
 242                 fprintf(stderr, "        -N INT    number of haplotypes in the sample (for -c/-g) [%d]\n", d->c->n_hap);
 243                 fprintf(stderr, "        -r FLOAT  prior of a difference between two haplotypes (for -c/-g) [%f]\n", d->c->het_rate);
 244                 fprintf(stderr, "        -G FLOAT  prior of an indel between two haplotypes (for -c/-g) [%f]\n", d->ido->r_indel);
 245                 fprintf(stderr, "        -I INT    phred prob. of an indel in sequencing/prep. (for -c/-g) [%d]\n", d->ido->q_indel);
 246                 fprintf(stderr, "\n");
 247                 free(fn_list); free(fn_fa); free(d);
 248                 return 1;
 249         }
 250         if (fn_fa) d->fai = fai_load(fn_fa);
 251         free(fn_fa);
 252         bam_maqcns_prepare(d->c);
 253         if (d->format & BAM_PLF_GLF) {
 254                 glf3_header_t *h;
 255                 h = glf3_header_init();
 256                 d->fp = bgzf_fdopen(fileno(stdout), "w");
 257                 glf3_header_write(d->fp, h);
 258                 glf3_header_destroy(h);
 259         }
 260         if (fn_list) {
 261                 tamFile fp;
 262                 bam1_t *b;
 263                 int ret;
 264                 bam_plbuf_t *buf = bam_plbuf_init(pileup_func, d);
 265                 bam_plbuf_set_mask(buf, d->mask);
 266                 d->h = sam_header_read2(fn_list);
 267                 if (fn_pos) d->hash = load_pos(fn_pos, d->h);
 268                 fp = sam_open(argv[optind]);
 269                 b = (bam1_t*)calloc(1, sizeof(bam1_t));
 270                 while ((ret = sam_read1(fp, d->h, b)) >= 0)
 271                         bam_plbuf_push(b, buf);
 272                 bam_plbuf_push(0, buf);
 273                 bam_plbuf_destroy(buf);
 274                 bam_destroy1(b);
 275                 sam_close(fp);
 276         } else {
 277                 bamFile fp;
 278                 fp = (strcmp(argv[optind], "-") == 0)? bam_dopen(fileno(stdin), "r") : bam_open(argv[optind], "r");
 279                 d->h = bam_header_read(fp);
 280                 if (fn_pos) d->hash = load_pos(fn_pos, d->h);
 281                 bam_pileup_file(fp, d->mask, pileup_func, d);
 282                 bam_close(fp);
 283         }
 284         if (d->format & BAM_PLF_GLF) bgzf_close(d->fp);
 285         free(fn_pos); free(fn_list);
 286         kh_destroy(64, d->hash);
 287         bam_header_destroy(d->h);
 288         if (d->fai) fai_destroy(d->fai);
 289         bam_maqcns_destroy(d->c);
 290         free(d->ido); free(d->ref); free(d);
 291         return 0;
 292 }