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 glt_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 g2;
  62         if (d->fai == 0) {
  63                 fprintf(stderr, "[glt_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         if (d->fai && (int)tid != d->tid) {
  68                 if (d->ref) { // then write the end mark
  69                         memset(&g2, 0, sizeof(glf3_t));
  70                         g2.type = GLF_TYPE_END;
  71                         bgzf_write(d->fp, &g2, sizeof(glf3_t));
  72                 }
  73                 glf_ref_write(d->fp, d->h->target_name[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         }
  78         rb = (d->ref && (int)pos < d->len)? d->ref[pos] : 'N';
  79         g = bam_maqcns_glfgen(n, pu, bam_nt16_table[rb], d->c);
  80         memcpy(&g2, g, sizeof(glf1_t));
  81         g2.type = GLF_TYPE_NORMAL;
  82         g2.offset = pos - d->last_pos;
  83         d->last_pos = pos;
  84         bgzf_write(d->fp, &g2, sizeof(glf3_t));
  85         r = bam_maqindel(n, pos, d->ido, pu, d->ref);
  86         if (r) { // then write indel line
  87                 int g3 = 3 * n, min;
  88                 min = g3;
  89                 if (min > r->gl[0]) min = r->gl[0];
  90                 if (min > r->gl[1]) min = r->gl[1];
  91                 g2.ref_base = 0;
  92                 g2.type = GLF_TYPE_INDEL;
  93                 memset(g2.lk, 0, 10);
  94                 g2.lk[0] = r->gl[0] - min < 255? r->gl[0] - min : 255;
  95                 g2.lk[1] = r->gl[1] - min < 255? r->gl[1] - min : 255;
  96                 g2.lk[2] = g3 - min < 255? g3 - min : 255;
  97                 *(int16_t*)(g2.lk + 3) = (int16_t)r->indel1;
  98                 *(int16_t*)(g2.lk + 5) = (int16_t)r->indel2;
  99                 g2.min_lk = min < 255? min : 255;
 100                 bgzf_write(d->fp, &g2, sizeof(glf3_t));
 101                 if (r->indel1) bgzf_write(d->fp, r->s[0]+1, r->indel1>0? r->indel1 : -r->indel1);
 102                 if (r->indel2) bgzf_write(d->fp, r->s[1]+1, r->indel2>0? r->indel2 : -r->indel2);
 103                 bam_maqindel_ret_destroy(r);
 104         }
 105         free(g);
 106         return 0;
 107 }
 108
 109 static int pileup_func(uint32_t tid, uint32_t pos, int n, const bam_pileup1_t *pu, void *data)
 110 {
 111         pu_data_t *d = (pu_data_t*)data;
 112         bam_maqindel_ret_t *r = 0;
 113         int i, j, rb, max_mapq = 0;
 114         uint32_t x;
 115         if (d->hash && kh_get(64, d->hash, (uint64_t)tid<<32|pos) == kh_end(d->hash)) return 0;
 116         if (d->format & BAM_PLF_GLF) return glt_func(tid, pos, n, pu, data);
 117         if (d->fai && (int)tid != d->tid) {
 118                 free(d->ref);
 119                 d->ref = fai_fetch(d->fai, d->h->target_name[tid], &d->len);
 120                 d->tid = tid;
 121         }
 122         rb = (d->ref && (int)pos < d->len)? d->ref[pos] : 'N';
 123         if (d->format & BAM_PLF_INDEL_ONLY) {
 124                 for (i = 0; i < n; ++i)
 125                         if (pu[i].indel != 0) break;
 126                 if (i == n) return 0;
 127         }
 128         printf("%s\t%d\t%c\t", d->h->target_name[tid], pos + 1, rb);
 129         if (d->format & BAM_PLF_CNS) { // consensus
 130                 int ref_q, rb4 = bam_nt16_table[rb];
 131                 x = bam_maqcns_call(n, pu, d->c);
 132                 ref_q = 0;
 133                 if (rb4 != 15 && x>>28 != 15 && x>>28 != rb4) { // a SNP
 134                         ref_q = ((x>>24&0xf) == rb4)? x>>8&0xff : (x>>8&0xff) + (x&0xff);
 135                         if (ref_q > 255) ref_q = 255;
 136                 }
 137                 printf("%c\t%d\t%d\t%d\t", bam_nt16_rev_table[x>>28], x>>8&0xff, ref_q, x>>16&0xff);
 138         }
 139         if (d->format & (BAM_PLF_CNS|BAM_PLF_INDEL_ONLY)) {
 140                 if (d->ref) // indel calling
 141                         r = bam_maqindel(n, pos, d->ido, pu, d->ref);
 142         }
 143         // pileup strings
 144         printf("%d\t", n);
 145         for (i = 0; i < n; ++i) {
 146                 const bam_pileup1_t *p = pu + i;
 147                 if (max_mapq < p->b->core.qual) max_mapq = p->b->core.qual;
 148                 if (p->is_head) printf("^%c", p->b->core.qual > 93? 126 : p->b->core.qual + 33);
 149                 if (!p->is_del) {
 150                         int c = bam_nt16_rev_table[bam1_seqi(bam1_seq(p->b), p->qpos)];
 151                         if (toupper(c) == toupper(rb)) c = bam1_strand(p->b)? ',' : '.';
 152                         else c = bam1_strand(p->b)? tolower(c) : toupper(c);
 153                         putchar(c);
 154                         if (p->indel > 0) {
 155                                 printf("+%d", p->indel);
 156                                 for (j = 1; j <= p->indel; ++j) {
 157                                         c = bam_nt16_rev_table[bam1_seqi(bam1_seq(p->b), p->qpos + j)];
 158                                         putchar(bam1_strand(p->b)? tolower(c) : toupper(c));
 159                                 }
 160                         } else if (p->indel < 0) {
 161                                 printf("%d", p->indel);
 162                                 for (j = 1; j <= -p->indel; ++j) {
 163                                         c = (d->ref && (int)pos+j < d->len)? d->ref[pos+j] : 'N';
 164                                         putchar(bam1_strand(p->b)? tolower(c) : toupper(c));
 165                                 }
 166                         }
 167                 } else putchar('*');
 168                 if (p->is_tail) putchar('$');
 169         }
 170         putchar('\t');
 171         for (i = 0; i < n; ++i) {
 172                 const bam_pileup1_t *p = pu + i;
 173                 int c = bam1_qual(p->b)[p->qpos] + 33;
 174                 if (c > 126) c = 126;
 175                 putchar(c);
 176         }
 177         if (d->format & BAM_PLF_SIMPLE) {
 178                 putchar('\t');
 179                 for (i = 0; i < n; ++i) {
 180                         int c = pu[i].b->core.qual + 33;
 181                         if (c > 126) c = 126;
 182                         putchar(c);
 183                 }
 184         }
 185         putchar('\n');
 186         if (r) { // then print indel line
 187                 printf("%s\t%d\t*\t", d->h->target_name[tid], pos + 1);
 188                 if (r->gt < 2) printf("%s/%s\t", r->s[r->gt], r->s[r->gt]);
 189                 else printf("%s/%s\t", r->s[0], r->s[1]);
 190                 printf("%d\t%d\t", r->q_cns, r->q_ref);
 191                 printf("%d\t%d\t", max_mapq, n);
 192                 printf("%s\t%s\t", r->s[0], r->s[1]);
 193                 //printf("%d\t%d\t", r->gl[0], r->gl[1]);
 194                 printf("%d\t%d\t%d\t%d\n", r->cnt1, r->cnt2, r->cnt_ambi, r->cnt_anti);
 195                 bam_maqindel_ret_destroy(r);
 196         }
 197         return 0;
 198 }
 199
 200 int bam_pileup(int argc, char *argv[])
 201 {
 202         int c;
 203         char *fn_list = 0, *fn_fa = 0, *fn_pos = 0;
 204         pu_data_t *d = (pu_data_t*)calloc(1, sizeof(pu_data_t));
 205         d->tid = -1; d->mask = BAM_DEF_MASK;
 206         d->c = bam_maqcns_init();
 207         d->ido = bam_maqindel_opt_init();
 208         while ((c = getopt(argc, argv, "st:f:cT:N:r:l:im:gI:G:")) >= 0) {
 209                 switch (c) {
 210                 case 's': d->format |= BAM_PLF_SIMPLE; break;
 211                 case 't': fn_list = strdup(optarg); break;
 212                 case 'l': fn_pos = strdup(optarg); break;
 213                 case 'f': fn_fa = strdup(optarg); break;
 214                 case 'T': d->c->theta = atof(optarg); break;
 215                 case 'N': d->c->n_hap = atoi(optarg); break;
 216                 case 'r': d->c->het_rate = atoi(optarg); break;
 217                 case 'c': d->format |= BAM_PLF_CNS; break;
 218                 case 'i': d->format |= BAM_PLF_INDEL_ONLY; break;
 219                 case 'm': d->mask = atoi(optarg); break;
 220                 case 'g': d->format |= BAM_PLF_GLF; break;
 221                 case 'I': d->ido->q_indel = atoi(optarg); break;
 222                 case 'G': d->ido->r_indel = atof(optarg); break;
 223                 default: fprintf(stderr, "Unrecognizd option '-%c'.\n", c); return 1;
 224                 }
 225         }
 226         if (optind == argc) {
 227                 fprintf(stderr, "\n");
 228                 fprintf(stderr, "Usage:  bamtk pileup [options] <in.bam>|<in.sam>\n\n");
 229                 fprintf(stderr, "Option: -s        simple (yet incomplete) pileup format\n");
 230                 fprintf(stderr, "        -i        only show lines/consensus with indels\n");
 231                 fprintf(stderr, "        -m INT    filtering reads with bits in INT [%d]\n", d->mask);
 232                 fprintf(stderr, "        -t FILE   list of reference sequences (assume the input is in SAM)\n");
 233                 fprintf(stderr, "        -l FILE   list of sites at which pileup is output\n");
 234                 fprintf(stderr, "        -f FILE   reference sequence in the FASTA format\n\n");
 235                 fprintf(stderr, "        -c        output the maq consensus sequence\n");
 236                 fprintf(stderr, "        -g        output in the extended GLT format (suppressing -c/-i/-s)\n");
 237                 fprintf(stderr, "        -T FLOAT  theta in maq consensus calling model (for -c/-g) [%f]\n", d->c->theta);
 238                 fprintf(stderr, "        -N INT    number of haplotypes in the sample (for -c/-g) [%d]\n", d->c->n_hap);
 239                 fprintf(stderr, "        -r FLOAT  prior of a difference between two haplotypes (for -c/-g) [%f]\n", d->c->het_rate);
 240                 fprintf(stderr, "        -G FLOAT  prior of an indel between two haplotypes (for -c/-g) [%f]\n", d->ido->r_indel);
 241                 fprintf(stderr, "        -I INT    phred prob. of an indel in sequencing/prep. (for -c/-g) [%d]\n", d->ido->q_indel);
 242                 fprintf(stderr, "\n");
 243                 free(fn_list); free(fn_fa); free(d);
 244                 return 1;
 245         }
 246         if (fn_fa) d->fai = fai_load(fn_fa);
 247         free(fn_fa);
 248         bam_maqcns_prepare(d->c);
 249         if (d->format & BAM_PLF_GLF) {
 250                 glf_header_t *h;
 251                 h = glf_header_init();
 252                 d->fp = bgzf_fdopen(fileno(stdout), "w");
 253                 glf_header_write(d->fp, h);
 254                 glf_header_destroy(h);
 255         }
 256         if (fn_list) {
 257                 tamFile fp;
 258                 bam1_t *b;
 259                 int ret;
 260                 bam_plbuf_t *buf = bam_plbuf_init(pileup_func, d);
 261                 bam_plbuf_set_mask(buf, d->mask);
 262                 d->h = sam_header_read2(fn_list);
 263                 if (fn_pos) d->hash = load_pos(fn_pos, d->h);
 264                 fp = sam_open(argv[optind]);
 265                 b = (bam1_t*)calloc(1, sizeof(bam1_t));
 266                 while ((ret = sam_read1(fp, d->h, b)) >= 0)
 267                         bam_plbuf_push(b, buf);
 268                 bam_plbuf_push(0, buf);
 269                 bam_plbuf_destroy(buf);
 270                 bam_destroy1(b);
 271                 sam_close(fp);
 272         } else {
 273                 bamFile fp;
 274                 fp = (strcmp(argv[optind], "-") == 0)? bam_dopen(fileno(stdin), "r") : bam_open(argv[optind], "r");
 275                 d->h = bam_header_read(fp);
 276                 if (fn_pos) d->hash = load_pos(fn_pos, d->h);
 277                 bam_pileup_file(fp, d->mask, pileup_func, d);
 278                 bam_close(fp);
 279         }
 280         if (d->format & BAM_PLF_GLF) bgzf_close(d->fp);
 281         free(fn_pos); free(fn_list);
 282         kh_destroy(64, d->hash);
 283         bam_header_destroy(d->h);
 284         if (d->fai) fai_destroy(d->fai);
 285         bam_maqcns_destroy(d->c);
 286         free(d->ido); free(d->ref); free(d);
 287         return 0;
 288 }