Heavy Watal

BLAST

Basic Local Alignment Search Tool

http://blast.ncbi.nlm.nih.gov/

blast+ のインストール

/usr/local/ncbi/blast/bin にパスを通して使うことにする。

Linux, Mac (binary)

  1. ftp://ftp.ncbi.nlm.nih.gov/blast/executables/blast+/LATEST から最新版の ncbi-blast-*-x64-linux.tar.gz あるいは ncbi-blast-*-universal-macosx.tar.gz をダウンロードして展開:

    % wget -O- ftp://ftp.ncbi.nlm.nih.gov/blast/executables/blast+/LATEST/ncbi-blast-2.2.30+-x64-linux.tar.gz | tar xz
    
  2. しかるべきところに移動してシムリンク:

    % sudo mv ncbi-blast-2.2.30+ /usr/local/
    % sudo ln -s /usr/local/ncbi-blast-2.2.30+ /usr/local/ncbi/blast
    

Mac (Homebrew)

% brew tap homebrew/science
% brew install blast

Mac (source)

ncbi-blast-*.dmgncbi-blast-*-universal-macosx.tar.gz は古いGCCでUniversalビルドされてるっぽいので、 自分のマシンに最適化されるようにビルドしてみる。 ホントに速いかどうかは試してない。

http://www.ncbi.nlm.nih.gov/books/NBK1763/#CmdLineAppsManual.Installation

  1. Boost ライブラリをインストールする。このとき regex, spirit, system, filesystem, test, thread をビルド対象に含める。 cf. Boost
  2. ftp://ftp.ncbi.nlm.nih.gov/blast/executables/blast+/LATEST から最新版の ncbi-blast-*-src.tar.gz をダウンロード
  3. 展開して移動:

    % tar xzf ncbi-blast-2.2.30+-src.tar.gz
    % cd ncbi-blast-2.2.30+-src/c++/
    
  4. ncbi-blast-*-universal-macosx.tar.gz に入ってる ncbi_package_info を参考に configure して make:

    % ./configure --without-debug --with-strip --without-pcre --with-mt --with-flat-makefile --with-64 --with-ncbi-public --without-ccache --without-caution --without-makefile-auto-update --with-projects=scripts/projects/blast/project.lst --with-internal --prefix=/usr/local/ncbi/blast --with-boost=/usr/local/boost-gcc CC=gcc-4.9 CXX=g++-4.9
    

    clang (および Xcode のニセ gcc) では configure が通らないので本物の gccHomebrew などでインストールしておく。

  5. そのまま make してもダメらしいので Makefile.mk-std=gnu++11 を消す:

    % sed -i.orig -e 's/-std=[a-z0-9+]\+//' ReleaseMT/build/Makefile.mk
    
  6. ビルドしてインストール:

    % make
    % sudo make install
    

共通設定

  1. .zshenv 等でプログラムとデータベースのパスを設定:

    export PATH=/usr/local/ncbi/blast/bin:${PATH}
    export BLASTDB=${HOME}/db/blast
    

    ~/.ncbirc でも BLASTDB を指定できるっぽいけど 普通にシェルの環境変数を使うほうがわかりやすいし、 makeblastdb の出力先として参照できるので便利。

  2. 確認:

    % rehash
    % blastn -version
    

ローカルデータベース構築

-subject オプションを使えばFASTAファイル同士でいきなり検索できるが、 何度もやるならデータベース化しておいたほうが効率いいはず。

http://www.ncbi.nlm.nih.gov/books/NBK279675/#appendices.T.makeblastdb_application_opt

  1. データベースの置き場所をひとつ決め (e.g. ~/db/blast)、 上記のように環境変数 BLASTDB を設定しておく。
  2. FASTA形式の配列データを用意する (e.g. ftp://ftp.ncbi.nlm.nih.gov/blast/db/FASTA/ から yeast.aa.gz)
  3. makeblastdb コマンドでBLASTデータベース形式に変換:

    % makeblastdb -in yeast.nt -out ${BLASTDB}/yeast.nt -dbtype nucl -parse_seqids -hash_index
    % makeblastdb -in yeast.aa -out ${BLASTDB}/yeast.aa -dbtype prot -parse_seqids -hash_index
    

    圧縮ファイルは直接読めないので、展開して標準入力に流し込む。 このとき -title-out は必須の引数になる:

    % gunzip -c mydata.fa.gz | makeblastdb -in - -title mydata -out ${BLASTDB}/mydata -dbtype nucl -hash_index
    

-in (stdin)

-dbtype (prot)
prot or nucl
-title (入力ファイル名)
どういうときに使われるか不明。 標準入力を使う場合は必須オプション。
-parse_seqids
配列名が gi|129295 みたいな特定の形式になってる場合にうまいことやる
-hash_index
よくわからんけど検索のスピードアップに繋がるっぽいオプション
-out (入力ファイル名)
出力先のベースネーム。 標準入力を使う場合は必須オプション。

-taxid

プログラム実行

共通オプション

http://www.ncbi.nlm.nih.gov/books/NBK279675/#appendices.T.options_common_to_all_blast

-db

-query (stdin)

-out (stdout)

-evalue (10.0)
これを下回るE値を持つものだけ集める。
-max_target_seqs (500)
アラインされた配列をいくつまで保持して報告するか?
-subject
データベース化してないFASTAファイルを検索対象として直接指定。 ただし -num_threads を指定しても並列化できない。

-num_threads (1)

-outfmt (0)

0 = pairwise,
1 = query-anchored showing identities,
2 = query-anchored no identities,
3 = flat query-anchored, show identities,
4 = flat query-anchored, no identities,
5 = XML Blast output,
6 = tabular,
7 = tabular with comment lines,
8 = Text ASN.1,
9 = Binary ASN.1
10 = Comma-separated values
11 = BLAST archive format (ASN.1)

TSV/CSVテーブル(6, 7, 10)の場合は出力内容を細かく指定できる。デフォルトは -outfmt "7 qseqid sseqid pident length mismatch gapopen qstart qend sstart send evalue bitscore"

qseqid: Query Seq-id
qgi: Query GI
qacc: Query accesion
sseqid: Subject Seq-id
sallseqid: All subject Seq-id(s), separated by a ‘;’
sgi: Subject GI
sallgi: All subject GIs
sacc: Subject accession
sallacc: All subject accessions
qstart: Start of alignment in query
qend: End of alignment in query
sstart: Start of alignment in subject
send: End of alignment in subject
qseq: Aligned part of query sequence
sseq: Aligned part of subject sequence
evalue: Expect value
bitscore: Bit score
score: Raw score
length: Alignment length
pident: Percentage of identical matches
nident: Number of identical matches
mismatch: Number of mismatches
positive: Number of positive-scoring matches
gapopen: Number of gap openings
gaps: Total number of gap
ppos: Percentage of positive-scoring matches
frames: Query and subject frames separated by a ‘/’
qframe: Query frame
sframe: Subject frame
btop: Blast traceback operations (BTOP)
staxids: unique Subject Taxonomy ID(s), separated by a ‘;’(in numerical order)
sscinames: unique Subject Scientific Name(s), separated by a ‘;’
scomnames: unique Subject Common Name(s), separated by a ‘;’
sblastnames: unique Subject Blast Name(s), separated by a ‘;’ (in alphabetical order)
sskingdoms: unique Subject Super Kingdom(s), separated by a ‘;’ (in alphabetical order)
stitle: Subject Title
salltitles: All Subject Title(s), separated by a ‘<>‘
sstrand: Subject Strand
qcovs: Query Coverage Per Subject
qcovhsp: Query Coverage Per HSP

blastn

Nucleotide query vs Nucleotide subject

http://www.ncbi.nlm.nih.gov/books/NBK279675/#appendices.T.blastn_application_options

-word_size (11, short: 7, mega: 28)
最初にexact matchさせる配列の長さ。 短いほどいろんな開始地点から探せるが、遅くなる。

-gapopen (5, mega: 0)

-gapextend (2, mega: none)

-reward (2, short: 1, mega: 1)

-penalty (-3, mega: -2)

-perc_identity (0)

-ungapped


blastp
Protein query vs Protein subject http://www.ncbi.nlm.nih.gov/books/NBK279675/#appendices.T.blastp_application_options
blastx
Nucleotide query (translated) vs Protein subject http://www.ncbi.nlm.nih.gov/books/NBK279675/#appendices.T.blastx_application_options
tblastn
Protein query vs Nucleotide subject (translated) http://www.ncbi.nlm.nih.gov/books/NBK279675/#appendices.T.tblastn_application_options
tblastx
Nucleotide query (translated) vs Nucleotide subject (translated) http://www.ncbi.nlm.nih.gov/books/NBK279675/#appendices.T.tblastx_application_options