「fastANI」软件界面化实践~ 解决Windows下全基因组相似度快速分析

终于有第一个投稿的插件,来自多年前的师弟 Chuhao Li (估计他入学的时候可能我正好开始写 TBtools,或者没写多久?)。他干了一个出乎无意料的插件,尤其是用了 Python!虽然我说过,逻辑上是支持的,但没想到真能支持(虽然不是用解释器,不过师弟用的方式似乎更好,体积更小)。相关插件已经上传到「TBtools」的「Plugin Store」,欢迎大伙下载使用。期待大伙一起开发实用工具,加速更多人的生信数据分析。 - CJ - 陈程杰

前言

平均核苷酸一致性(average nucleotide identity, ANI)是衡量基因组之间相似性的一个常用指标。windows下暂时没发现一个好用的可以计算ANI的工具。fastANI是在linux下用C++开发的一个小巧、快速的ANI计算工具。最近,CJ大神发布了TBtools新插件“CLI program wrapper creator”,可以大大缩减图形化界面工具开发的时间成本。这里,我介绍一下我是如何把linux上的命令行工具移植到TBtools上的。

折腾过程

编译

一开始,我使用cygwin来编译能在windows下运行的fastANI。主要包括以下步骤:

  • a. 安装工具cygwin。下载fastANI源码
  • b. 安装编译依赖环境cygwin有一个图形化的应用安装界面,还是挺方便的。根据fastaANI的文档,需要安装的依赖包括:gcc-g++, mingw64-x86_64-gcc-g++, mingw64-x86_64-gsl, mingw64-x86_64-zlib, make, autoconf.
  • c. 编译。configure完,直接make便是。源码中有两个地方导致了编译失败,一个是“unsetenv”,还有一个是“.symenv”。 前者是要去掉某个环境变量,取消系统对多线程的限制,后者是要告诉编译器使用特定版本的库。我把这两个地方注释掉了,后面测试过,对程序运行没有影响。编译成功后,得到一个fastANI.exe程序,可以在windows的命令行下运行。
  • d. 测试。

测试时发现,只要用到2个或以上的线程,几乎完全跑不动。进一步测试,确定了凡是使用到openmp来并行的地方,速度就会奇慢。有几种解决方案:

  • a. 更换编译器。使用了mingw,不行。
  • b. 修改源码中多线程的逻辑。不会改。
  • c. 改写源码,用msvc等windows原生编译工具重新编译。更不会改。
  • d. 只用单线程版本,外面套一层python来实现多线程。这是我最终使用的方案。

python打包

脚本主要包含4个步骤:

  1. 命令行解析。
  2. 多线程调用fastANI。
  3. 合并结果。
  4. 使用pyinstaller打包。

这时候,我就得到了一个可以在windows下多线程运行的fastANI程序。接下来,就到TBtools发挥作用了。界面生成的过程非常简单,可以参考CJ前两天的推文。

使用

安装好的程序,在Others -> Plugin -> fastANI_w 下。

在界面中输入运行所需信息:

  1. 输入query fasta序列所在路径(可以直接从文件夹拖进来)。
  2. 输入reference fasta序列所在路径(可以直接从文件夹拖进来)。
  3. 勾选“include fasta files in the same directory”。这样,如果你的query/reference所在文件夹中如果有多个fasta文件,就都会读取到。适用于一个基因组比对多个,或者多个比对多个的情况。
  4. 指定线程数,默认为4。
  5. 指定输出文件。

填好以上参数,点击“start”即可。这里测试了两个对两个的情况,几秒钟就完成了。

结果是一个tab分隔符文件,总共5列,其中第三列是ANI。

总结

非常曲折的过程。希望对大家有帮助。

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