Admixture使用说明文档cookbook

软件介绍

基因组选择中， 有时候测量了很多家系，如果想看一下这些家系的分类情况，可以使用软件对其进行分群。一般使用的软件就是STRUCTURE，但是STREUTURE运行速度极慢，admixture凭借其运算速度，成为了主流的分析软件。下面介绍一下admixture的使用方法。

官方网址

Admixture

http://software.genetics.ucla.edu/admixture/download.html

软件安装

使用conda进行软件安装.

conda install admixture 

安装完成之后, 键入admixture, 显示如下信息, 说明安装成功

(base) [dengfei@localhost test]$ admixture ADMIXTURE Version 1.3.0 Copyright 2008-2015 David Alexander, Suyash Shringarpure, John Novembre, Ken Lange Please cite our paper! Information at www.genetics.ucla.edu/software/admixture Usage: admixture  
   
     See --help or manual for more advanced usage. 
   

目录

1. 快速起步

1.1 下载示例数据

注意，官网上的示例数据已经无法下载，想要测试数据，可以关注公众号：“育种数据分析之放飞自我”，回复“admixture”，获得测试数据。——–2020-5-23 更新

wget http://software.genetics.ucla.edu/admixture/hapmap3-files.tar.gz 

下载完成之后, 解压:

tar zxvf hapmap3-files.tar.gz 

查看解压后的文件:

(base) [dengfei@localhost admixture]$ ls hapmap3.bed hapmap3.bim hapmap3.fam hapmap3-files.tar.gz hapmap3.map 

1.2 admixture支持的格式

• plink的bed文件或者ped文件
• EIGENSTRAT软件的.geno格式
  注意:
  
  
• 如果你的数据格式是plink的bed文件, 比如a.bed, 那么你应该包含a.bim, a.fam
• 如果你的数据格式是plink的ped文件, 比如b.ped, 那么你应该包括b.map

1.3 选择合适的分群数目k值

这里你要有一个k值, 如果你不知道你的群体能分为几个类群, 可以做一个测试, 比如从1~7分别分群, 然后看他们的cv值哪个小, 用那个k值.

1.4 运行k=3的admixture

注意, 这里的名称为hapmap3.bed, 而不是hapmap3(不像plink那样不加后缀), 而且没有--file 参数, 直接加plink的bed文件

admixture hapmap3.bed 3 

运算结果:

(base) [dengfei@localhost admixture]$ admixture hapmap3.bed 3 ADMIXTURE Version 1.3.0 Copyright 2008-2015 David Alexander, Suyash Shringarpure, John Novembre, Ken Lange Please cite our paper! Information at www.genetics.ucla.edu/software/admixture Random seed: 43 Point estimation method: Block relaxation algorithm Convergence acceleration algorithm: QuasiNewton, 3 secant conditions Point estimation will terminate when objective function delta < 0.0001 Estimation of standard errors disabled; will compute point estimates only. Size of G: 324x13928 Performing five EM steps to prime main algorithm 1 (EM) Elapsed: 0.318 Loglikelihood: -4.38757e+06 (delta): 2.87325e+06 2 (EM) Elapsed: 0.292 Loglikelihood: -4.25681e+06 (delta):  3 (EM) Elapsed: 0.29 Loglikelihood: -4.21622e+06 (delta): 40582.9 4 (EM) Elapsed: 0.29 Loglikelihood: -4.19347e+06 (delta): 22748.2 5 (EM) Elapsed: 0.29 Loglikelihood: -4.17881e+06 (delta): 14663.1 Initial loglikelihood: -4.17881e+06 Starting main algorithm 1 (QN/Block) Elapsed: 0.741 Loglikelihood: -3.94775e+06 (delta):  2 (QN/Block) Elapsed: 0.74 Loglikelihood: -3.8802e+06 (delta): 67554.6 3 (QN/Block) Elapsed: 0.852 Loglikelihood: -3.83232e+06 (delta): 47883.8 4 (QN/Block) Elapsed: 1.01 Loglikelihood: -3.81118e+06 (delta): 21138.2 5 (QN/Block) Elapsed: 0.903 Loglikelihood: -3.80682e+06 (delta): 4354.36 6 (QN/Block) Elapsed: 0.85 Loglikelihood: -3.80474e+06 (delta): 2085.65 7 (QN/Block) Elapsed: 0.856 Loglikelihood: -3.80362e+06 (delta): 1112.58 8 (QN/Block) Elapsed: 0.908 Loglikelihood: -3.80276e+06 (delta): 865.01 9 (QN/Block) Elapsed: 0.852 Loglikelihood: -3.80209e+06 (delta): 666.662 10 (QN/Block) Elapsed: 1.015 Loglikelihood: -3.80151e+06 (delta): 579.49 11 (QN/Block) Elapsed: 0.908 Loglikelihood: -3.80097e+06 (delta): 548.156 12 (QN/Block) Elapsed: 0.961 Loglikelihood: -3.80049e+06 (delta): 473.565 13 (QN/Block) Elapsed: 0.855 Loglikelihood: -3.80023e+06 (delta): 258.61 14 (QN/Block) Elapsed: 0.959 Loglikelihood: -3.80005e+06 (delta): 179.949 15 (QN/Block) Elapsed: 1.011 Loglikelihood: -3.79991e+06 (delta): 146.707 16 (QN/Block) Elapsed: 0.903 Loglikelihood: -3.79989e+06 (delta): 13.1942 17 (QN/Block) Elapsed: 1.01 Loglikelihood: -3.79989e+06 (delta): 4.60747 18 (QN/Block) Elapsed: 0.85 Loglikelihood: -3.79989e+06 (delta): 1.50012 19 (QN/Block) Elapsed: 0.851 Loglikelihood: -3.79989e+06 (delta): 0. 20 (QN/Block) Elapsed: 0.851 Loglikelihood: -3.79989e+06 (delta): 0.00 21 (QN/Block) Elapsed: 0.851 Loglikelihood: -3.79989e+06 (delta): 4.33805e-05 Summary: Converged in 21 iterations (21.788 sec) Loglikelihood: -. Fst divergences between estimated populations: Pop0 Pop1 Pop0 Pop1 0.163 Pop2 0.073 0.156 Writing output files. 

会生成两个文件:P,Q

hapmap3.3.P hapmap3.3.Q 

1.5 运算admixture时, 添加误差信息

在命令汇总增加一个参数:-B, 速度会变慢喔.

admixture -B hapmap3.bed 3 

会生成三个文件:P,Q,Se

1.6 如果你的SNP数据量很大, 跑的很慢

在选择最佳k值时, 可以将SNP分为子集, 比如50k snp分为50个子集, 每个子集1k SNP, 那么根据子集选择最佳K值, 然后根据最佳的K值去跑所有的SNP

1.7 多线程

如果你有多个线程(processors), 可以添加参数-jn, n为线程的个数, 比如你想用4个线程跑:

admixture hapmap3.bed 3 -j 4 

2. 参考信息

2.1 如何选择合适的K值

可以同时运行多个程序, 每个程序不同的k值, 比如, 想要k值选择1,2,3,4,5, 可以写为:

 for K in 1 2 3 4 5; do admixture --cv hapmap3.bed $K | tee log${K}.out; done 

这样跑完之后, 会生成几个out文件,

hapmap3.1.P hapmap3.1.Q hapmap3.2.P hapmap3.2.Q hapmap3.3.P hapmap3.3.Q hapmap3.4.P hapmap3.4.Q hapmap3.5.P hapmap3.5.Q log1.out log2.out log3.out log4.out log5.out 

使用grep查看*out文件的cv error(交叉验证的误差)值:

grep -h CV *.out 

(base) [dengfei@localhost admixture]$ grep -h CV *out CV error (K=1): 0.55248 CV error (K=2): 0.48190 CV error (K=3): 0.47835 CV error (K=4): 0.48236 CV error (K=5): 0.49001 

可以看出, K=3时, CV error最小

2.2 如何绘制Q的图表

使用R语言

ta1 = read.table("hapmap3.3.Q") head(ta1) barplot(t(as.matrix(ta1)),col = rainbow(3), xlab = "Individual", ylab = "Ancestry", border = NA) 

2.3 我需要根据LD去掉一些SNP么?

admixture不考虑LD的信息, 如果你想这么做, 可以使用plink

比如, 这里根据plink 的bed文件进行LD的筛选

plink --bfile hapmap3 --indep-pairwise 50 10 0.1 

这里的过滤参数的意思是:

• 50, 滑动窗口是50
• 10, 每次滑动的大小是10
• 0.1 表示R方小于0.1

然后将其转化为bed文件:

plink --bfile hapmap3 --extract plink.prune.in --make-bed --out prunedData 

结果输出过滤后的文件为:

prunedData.bed prunedData.bim prunedData.fam 

使用过滤后的文件, 从新运行admixture:

for K in 1 2 3 4 5 ; do admixture --cv prunedData.bed $K | tee log${K}.out;done 

(base) [dengfei@localhost ld-test]$ grep -h CV *out CV error (K=1): 0.52305 CV error (K=2): 0.48847 CV error (K=3): 0.48509 CV error (K=4): 0.49404 CV error (K=5): 0.49828 

可以看出K=3, cv error最小, 因此选择k=3

作图:

ta1 = read.table("prunedData.3.Q") head(ta1) barplot(t(as.matrix(ta1)),col = rainbow(3), xlab = "Individual", ylab = "Ancestry", border = NA) 

3. 其它

其它见官方的pdf文档

如果您对于数据分析，对于软件操作，对于数据整理，对于结果理解，有任何问题，欢迎联系我。