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社区首页 >专栏 >Dnaapler实战:如何统一环状微生物基因组的起始位置

Dnaapler实战:如何统一环状微生物基因组的起始位置

作者头像
用户1075469
发布2026-06-24 12:12:23
发布2026-06-24 12:12:23
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Hello,Hello小伙伴们大家好,我是小编豆豆。近年来,随着三代测序和长读长组装技术的发展,越来越多完整的环状基因组被成功组装出来。除了常见的细菌染色体和质粒,噬菌体、古菌等环状基因组也逐渐成为微生物组和病毒组研究中的重要对象。然而,环状基因组虽然首尾相连,但在实际分析中仍然需要一个相对统一的起始位置。若不同基因组的起点不一致,可能会影响后续注释结果整理、基因组比较、共线性展示以及批量分析的规范性。今天给大家介绍一款可以用于细菌、质粒、噬菌体和古菌环状基因组起点校正的自动化工具——Dnaapler。

工作流程

流程解读

(A)输入为已经组装完成的环状核苷酸序列,支持 FASTA 或 GFA 格式;若输入为 GFA 文件,Dnaapler 只处理符合环状结构特征的序列,其余序列保持不变;

(B)根据序列类型选择对应的重定向模式,例如细菌染色体可使用 dnaapler chromosome,质粒可使用 dnaapler plasmid,噬菌体可使用 dnaapler phage,混合序列可使用 dnaapler all;

(C)Dnaapler 通过 blastx 将输入核苷酸序列与氨基酸序列数据库进行比对,寻找目标起始标记基因,例如细菌染色体中的 dnaA、质粒中的 repA 以及噬菌体中的 terL;

(D)在识别到候选起始基因后,软件会检查该基因的起始密码子是否存在,并在重定向后使该基因位于正向链上;

(E)若目标起始基因满足要求,Dnaapler 会将环状基因组旋转到该基因位置开始输出,从而统一环状基因组的起始位置,减少随机断点对基因注释、移动遗传元件识别、泛基因组分析和基因组可视化的影响。

Github:

https://github.com/gbouras13/dnaapler

官方文档:

https://dnaapler.readthedocs.io/en/latest/

程序子命令:

说明:

Dnaapler 的 chromosomephageplasmid 子命令使用 blastx 进行搜索,即利用翻译后的核苷酸序列作为查询序列,在蛋白数据库中分别检索 dnaAterLrepA 基因。all 子命令会同时针对上述三个数据库运行 blastx 搜索,并在输入基因组中同时命中 dnaArepA 的情况下,优先选择 dnaA

软件安装

代码语言:javascript
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# 创建一个名为Dnaapler的conda环境,并安装dnaapler
conda create -n Dnaapler -c conda-forge -c bioconda dnaapler 
# conda install 直接安装
conda install -c bioconda dnaapler
# pip install 安装
pip install dnaapler
# 激活环境
conda activate Dnaapler  

安装说明:

小编的安装更推荐第一种方法,因为小编习惯将每个软件单独创建一个虚拟conda环境,避免软件依赖产生冲突。

使用方法
代码语言:javascript
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dnaapler -h
Usage: dnaapler [OPTIONS] COMMAND [ARGS]...

Options:
  -h, --help     Show this message and exit.
  -V, --version  Show the version and exit.

Commands:
  all         Reorients contigs to begin with any of dnaA, repA, terL or
              archaeal COG1474 Orc1/cdc6
  archaea     Reorients your genome to begin with the archaeal COG1474
              Orc1/cdc6 origin recognition complex gene
  bulk        Reorients multiple genomes to begin with the same gene
  chromosome  Reorients your genome to begin with the dnaA chromosomal
              replication initiation gene
  citation    Print the citation(s) for this tool
  custom      Reorients your genome with a custom database
  largest     Reorients your genome the begin with the largest CDS as called
              by pyrodigal
  mystery     Reorients your genome with a random CDS
  nearest     Reorients your genome the begin with the first CDS as called by
              pyrodigal
  phage       Reorients your genome to begin with the terL large terminase
              subunit
  plasmid     Reorients your genome to begin with the repA replication
              initiation gene

主要参数解读

代码语言:javascript
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自动识别并重定向多种类型的 contig,可识别 dnaA、repA、terL 或古菌 COG1474 Orc1/cdc6
代码语言:javascript
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dnaapler all -h
Usage: dnaapler all [OPTIONS]

Options:
  -h, --help               Show this message and exit.
  -V, --version            Show the version and exit.
  -i, --input PATH         Path to input file in FASTA or GFA format
                           [required]
  -o, --output PATH        Output directory   [default: output.dnaapler]
  -t, --threads INTEGER    Number of threads to use with MMseqs2  [default: 1]
  -p, --prefix TEXT        Prefix for output files  [default: dnaapler]
  -f, --force              Force overwrites the output directory
  -e, --evalue TEXT        E-value for MMseqs2  [default: 1e-10]
  --ignore TEXT            Text file listing contigs (one per row) that are to
                           be ignored OR comma separated list of contig names
                           to ignore OR '-' to read from stdin
  --db, --database TEXT    Lets you choose a subset of databases rather than
                           all 4. Must be one of: 'all', 'dnaa', 'repa',
                           terl', 'cog1474', 'dnaa,repa', 'dnaa,terl',
                           'repa,terl',  'dnaA,cog1474', 'cog1474,terl',
                           'cog1474,repa', 'dnaa,cog1474,repa',
                           'dnaa,cog1474,terl' or 'cog1474,repa,terl'
                           [default: all]
  -c, --custom_db PATH     FASTA file with amino acids that will be used as a
                           custom MMseqs2 database to reorient your sequence
                           however you want.
  -a, --autocomplete TEXT  Choose an option to autocomplete reorientation if
                           MMseqs2 based approach fails. Must be one of: none,
                           mystery, largest, or nearest [default: none]
  --seed_value INTEGER     Random seed to ensure reproducibility.  [default:
                           13]
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查看 dnaapler all 的帮助信息

说明:其他子命名的参数大同小异,读者可以借助AI协助自己理解含义,这里不再赘述

实战演练

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# 统一细菌环状染色体的起始位置,以 dnaA 基因为起点进行重定向
dnaapler chromosome -i chromosome.fasta -o C333 -t 8 -p C333 -f 
# 自动识别输入序列中的细菌染色体、质粒、噬菌体或古菌环状 contig,并统一其起始位置
dnaapler all -i scoffold.fasta -o C333 -t 8 -p C333 -f
# 将噬菌体环状基因组重定向至 terL 大末端酶亚基基因位置
dnaapler phage -i sa3int_phage.fasta -o sa3int -t 8 -p sa3int -f

核心结果解读

代码语言:javascript
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最重要的结果文件,这是重定向后的 FASTA 序列

说明:Dnaapler 子命令较多,本文仅介绍其中较常用的核心命令,起到抛砖引玉的作用。其他命令和参数,读者可结合官方文档、AI 辅助及实际项目需求灵活使用。

参考文献
  • George B, Grigson S R, Papudeshi B, et al. Dnaapler: A tool to reorient circular microbial genomes[J]. Journal of Open Source Software, 2024, 9(93): 5968. DOI: 10.21105/joss.05968.
  • Altschul S F, Gish W, Miller W, et al. Basic local alignment search tool[J]. Journal of Molecular Biology, 1990, 215(3): 403-410. PMID: 2231712. DOI: 10.1016/S0022-2836(05)80360-2.
  • Steinegger M, Söding J. MMseqs2 enables sensitive protein sequence searching for the analysis of massive data sets[J]. Nature Biotechnology, 2017, 35(11): 1026-1028. DOI: 10.1038/nbt.3988.
  • Larralde M. Pyrodigal: Python bindings and interface to Prodigal, an efficient method for gene prediction in prokaryotes[J]. Journal of Open Source Software, 2022, 7(72): 4296. DOI: 10.21105/joss.04296.
  • Hyatt D, Chen G L, LoCascio P F, et al. Prodigal: Prokaryotic gene recognition and translation initiation site identification[J]. BMC Bioinformatics, 2010, 11: 119. DOI: 10.1186/1471-2105-11-119.
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原始发表:2026-06-14,如有侵权请联系 cloudcommunity@tencent.com 删除

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