自学CHIP-seq分析第八讲~寻找motif

motif是比较有特征的短序列,会多次出现的,一般认为它的生物学意义重大,做完CHIP-seq分析之后,一般都会寻找motif 。查找有两种,一种是de novo的,要求的输入文件的fasta序列,一般是根据peak的区域的坐标提取好序列 。另一种是依赖于数据库的搜寻匹配,很多课题组会将现有的ChIP-seq数据进行整合,提供更全面,更准确的motif数据库。

motif的定义如下:

motif: recurring pattern. eg, sequence motif, structure motif or network motif

DNA sequence motif: short, recurring patterns in DNA that are presumed to have a biological function.

从上边的定义可以看出,其实motif这个单词就是形容一种反复出现的模式,而序列motif往往是DNA上的反复出现的模式,并被假设拥有生物学功能。而且,经常是一些具有序列特异性的蛋白的结合位点(如,转录因子)或者是涉及到重要生物过程的(如,RNA 起始,RNA 终止, RNA 剪切等等)。

摘抄自:http://blog.163.com/zju_whw/blog/static/225753129201532104815301/

motif最先是通过实验的方法发现的,换句话说,不是说有了ChIP-seq才有了motif分析,起始很早人们就开始研究motif了!例如,‘TATAAT’ box在1975年就被pribnow发现了,它与‘上游的‘TTGACA’motif是RNA聚合酶结合位点的特异性序列。而且,当时的人们就知道,不是所有的结合位点都一定完美地与motif匹配,大部分都只匹配了12个碱基中的7-9个。结合位点与motif的匹配程度往往也与蛋白质与DNA的结合强弱有关。目前被人们识别出来的motif也越来越多,如TRANSFAC和JASPAR数据库都有着大量转录因子的motif。而随着ChIP-seq数据的大量产出,motif的研究会进一步深入,有一些课题组会将现有的ChIP-seq数据进行整合,提供更全面,更准确的motif数据库。
从算法上来讲,这是很复杂的,我就不多说了,我这里主要讲best practice:
一篇文献列出了2014年以前的近乎所有知名的A survey of motif finding Web tools for detecting binding site motifs in ChIP-Seq data 链接见:https://biologydirect.biomedcentral.com/articles/10.1186/1745-6150-9-4

最常用的是 meme工具套件 :

 http://meme-suite.org/  输入文件是fasta序列,需要对peaks进行转换,根据bed的基因坐标从基因组里面提取对应的序列咯: http://bedtools.readthedocs.io/en/latest/content/tools/getfasta.html
它里面集成了4个寻找motif 的工具,每个工具都是一篇文章,里面有详细描述具体原理,但是整个网页给人的感觉是too busy,让初学者无从下手。meme-suit-motif-finding
把自己的fasta序列上传上去即可,还是选取我们本次系列教程的数据
$ ls -lh  *fasta
-rw-r--r-- 1 Jimmy 197121  18M Jul  7 19:40 GSM1278641_Xu_MUT_rep1_BAF155_MUT_sequence.fasta
-rw-r--r-- 1 Jimmy 197121 9.9M Jul  7 19:38 GSM1278643_Xu_MUT_rep2_BAF155_MUT_sequence.fasta
-rw-r--r-- 1 Jimmy 197121  26M Jul  7 19:41 GSM1278645_Xu_WT_rep1_BAF155_sequence.fasta
-rw-r--r-- 1 Jimmy 197121  14M Jul  7 19:41 GSM1278647_Xu_WT_rep2_BAF155_sequence.fasta
 然后就可以看到所有结果啦,大家可以试试看。
另外一个比较常见的寻找motif工具,是HOMER 这个软件附带的一个perl脚本findMotifsGenome.pl ,但是这个工具不是很好安装,而且对服务器资源要求还有一点,所以我这里就不推荐了。
安装使用如下:
## Download and install homer (Hypergeometric Optimization of Motif EnRichment)
## // http://homer.salk.edu/homer/
## // http://blog.qiubio.com:8080/archives/3024
## pre-install: Ghostscript,seqlogo,blat
cd ~/biosoft
mkdir homer && cd homer
wget http://homer.salk.edu/homer/configureHomer.pl
perl configureHomer.pl -install
perl configureHomer.pl -install hg19
如果是对MACS找到的peaks记录文件,还需提取对应的列给HOMER作为输入文件:
awk '{print $4"\t"$1"\t"$2"\t"$3"\t+"}' sample_peaks.bed >sample_homer.bed
findMotifsGenome.pl sample_homer.bed hg19 motifDir -len 8,10,12
最后得到的文件夹里面有一个详细的网页版报告,所以很多人都喜欢用这个软件,而且HOMER 这个软件是一个大杂烩,能解决几乎所有的高通量测序数据的分析。
最后值得一提的就是现在流行的R的bioconductor系列包,也可以寻找motif:
一般的R包都可以直接从BED文件里面记录的基因坐标来找motif,有点需要输入fasta序列,就需要自己根据bed的基因坐标从基因组里面提取对应的序列咯:
还有一个PICS (ChIP-seq): 虽然不是bioconductor的包 http://www.rglab.org/pics-probabilistic-inference-for-chip-seq/ 貌似国内被墙了,无法打开

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