RNA-seq数据处理流程（以胶质瘤数据为例）

一、下载比对参考基因组文件，为HISAT2配置index

配置index需要基因组注释文件（通常为gtf格式）以及基因组序列文件（fasta格式）。多个数据库提供此注释文件，此处采用ensemble提供的文件。

# 从ensemble中下载最新版本的人类基因组注释文件（gtf格式）
wget ftp://ftp.ensembl.org/pub/release-89/gtf/homo_sapiens/Homo_sapiens.GRCh38.89.gtf.gz 
# 下载人类基因组序列
wget ftp://ftp.ensembl.org/pub/current_fasta/homo_sapiens/dna_index/Homo_sapiens.GRCh38.dna.toplevel.fa.gz 
#配置HISAT2的index
hisat2-build -p 8 Homo_sapiens.GRCh38.dna.toplevel.fa GRCh38_ensembl_dna 1>build_index.log&

#配置index用时约2小时，结果文件为下图所示

二、下载sra数据

进入GEO页面输入id号，进入sra study的ftp下载页面，复制sra文件的链接，在linux下执行以下命令进行下载。

nohup wget -c [文件链接] > download.log&

三、将sra文件转换成fastq.gz格式

每秒可生产1M文件，工具不支持多线程。

#对文件夹下的所有sra文件批量处理
for i in *sra
do
echo $i
# 对于双端测序数据，需要加--split-3参数，每样本处理约10min
fastq-dump --split-3 $i --gzip
done

每个sra文件会产生两个

fastq.gz

文件，名称分别为

*_1.fastq.gz

和

*_2.fastq.gz

四、对fastq数据进行质控

使用fastqc（http://www.bioinformatics.babraham.ac.uk/projects/fastqc/）进行质量控制，代码如下：

for id in *fastq
do
echo $id
# 此处使用8线程，平均每文件处理约10min
/home/RNAseq_tool/FastQC/fastqc -t 8 $id -o /data/GSE86202/0.fastqc/
done

得到一个html格式报告以及包含html及表格形式报告的压缩包。其中html文件可以看出数据质量。以

SRR4095543_1.fastq

为例，下图是其原始序列质量，可看出测序质量较高。



但是其在5’端存在adapter，从下图可以看出。



因此需要切除5’端接头，此处选择切除10bp。

五、接头处理并再次质控

使用cutadapt（https://pypi.python.org/pypi/cutadapt/1.2.1）进行接头处理，代码如下，代码位于服务器

/data/GSE86202/1.cutadapt/cutadapt.sh

for id in *fastq
do
echo $id
# 切除序列5'前10个碱基，每个文件处理约5min
cutadapt -u 10 -o /data/GSE86202/cut_$id $id
done

注意：在实际流程中，原始数据可能存在各种各样的问题，需要根据fastqc质控结果按需处理。本例中的处理方式仅对本数据有效。

再次质控结果：



可以看到每个碱基的碱基组成趋于正常。

六、序列比对

本例使用HISAT2进行序列比对，其速度更快且精度更高，是Tophat的优秀替代工具。比对代码如下。

DATA_PATH=/data/GSE86202/1.cutadapt
REF_PATH=/data/reference_data
OUT_PATH=/data/GSE86202/4.hisat2
FILE=/data/GSE86202/filelist.txt
cd $DATA_PATH
cat $FILE | while read line
do
hisat2 -x $REF_PATH/hisat_GRCh38 --no-mixed -1 $DATA_PATH/cut_${line}_1.fastq -2
#将HISAT2处理的结果输出到samtools转化为bam格式
#此处使用6核，约使用6.4G内存，平均每文件处理需30min
$DATA_PATH/cut_${line}_2.fastq -p 6 |samtools view -bS 1>$OUT_PATH/${line}.bam
done

七、对bam文件排序

使用samtools（http://samtools.sourceforge.net/）对bam文件进行排序并添加index

FILE_PATH=/data/GSE86202/4.hisat2
OUT_PATH=/data/GSE86202/5.samtools
cd $FILE_PATH
for file in *.bam
do
# 对bam文件进行排序（-n参数必须，表示按照read name进行排序）
samtools sort -n $FILE_PATH/${file} -o $OUT_PATH/sorted_${file} -@ 6

# 对已经排序的bam文件进行简单质量控制
samtools flagstat $OUT_PATH/sorted_${file} -@ 6 > $OUT_PATH/${file}.stat
done

# 质控后得到结果如下图所示

可看到比对结果良好。

八、使用htseq得到count值

使用RSeQC进行对bam文件的简单质控和各项参数的检查

FILE_PATH=/data/GSE86202/5.samtools/gencode_genome
REF_PATH=/data/reference_data/gtf
OUT_PATH=/data/GSE86202/10.htseq/gencode_genome
cd $FILE_PATH

for i in `seq 42..47`
do
nohup htseq-count -t exon -s reverse \
-r name -f bam $FILE_PATH/name_new_SRR40955${i}.bam \
$REF_PATH/gencode.v26.annotation.gtf \
> $OUT_PATH/name_new_SRR40955${i}.bam.count \
> SRR40955${i}_count.log 2>&1 &
done

得到count值文件数与样本数据数量相等，为两列值（如下图所示），其中包括了测序数据覆盖gene的ensemble号及count值。



写perl脚本

combine_count.pl

将所有count值进行合并，

合并文件如下图所示：

九、使用R及count矩阵进行差异分析

count矩阵数据可以直接使用R中

DEseq2

包进行差异分析、GO分析以及pathway分析。