BAM/SAM格式

本质上就是二进制压缩的SAM文件，大部分生物信息学流程都需要这个格式，为了节省存储空间以及方便索引。

# BiocInstaller::biocLite('Rsamtools')
library(Rsamtools)
test_bam_file <- 'data/CHIP-seq.bam'
#fileter bam
filter <- FilterRules(list(MinWidth = function(x) width(x$seq) > 35))
res <- scanBam(test_bam_file, filter=filter)[[1]]
sapply(res, head)

从上面的例子可以看到BAM文件需要用特殊的方法来读取，可以是R里面的Rsamtools包，也可以是linux环境下安装好的samtools软件，因为它是二进制文件，不能像普通的文本文件那样来打开。

我们用R里面的head函数查看了该BAM文件的前6行，比对的flag分别是16 0 16 16 0 0,说明有3条序列没有成功比对到基因组。width信息说明该序列长度都是36bp。序列的碱基以及对应的碱基质量也如上所述。

SAM格式

SAM是一种序列比对格式标准， 由sanger制定，是以TAB为分割符的文本格式。主要应用于测序序列mapping到基因组上的结果表示，当然也可以表示任意的多重比对结果。

不同的软件，不同的时期，不同的研究方向，都会创建一种或者多种格式标准，当然根据当时的需要，创建符合需求的标准，也是最容易的事情，而反过来想要真正的理解标准，也必须理解为什么要创建这样的标准，解决什么样的需要。我前面的有篇文章已经对于现有的多重比对的格式进行总结，但其更多的站在比较基因组学的角度。当我们去了解sam标准格式是什么的时候，就要思考既然以及有了这么多得标准，为什么还要定义SAM标准，当然拿所有的格式进行比较也并非易事，但是简单的对比，就可以了解其中一二，比如aln格式，是比对视图化的展示，存储的信息不够结构化，无法方便的作为另外程序的输入；表示信息的有限性，如果100个多重比对序列放到一个文件中，查看维护就会非常困难；还有些格式标准挺强大，但是太繁琐，同时不够灵活。那么反过来就是SAM格式的优点，那么SAM如何做到这一点的呢？

SAM要处理好的问题：

• 非常多序列（read)，mapping到多个参考基因组（reference）上；
• 同一条序列，分多段（segment）比对到参考基因组上；
• 无限量的，结构化信息表示，包括错配、删除、插入等比对信息；

SAM分为两部分，注释信息（header section）和比对结果部分（alignment section），注释信息可有可无，都是以@开头，用不同的tag表示不同的信息，主要有@HD，说明符合标准的版本、对比序列的排列顺序；@SQ，参考序列说明；@RG，比对上的序列（read）说明；@PG，使用的程序说明；@CO，任意的说明信息。

比对结果部分（alignment section），每一行表示一个片段（segment）的比对信息，包括11个必须的字段（mandatory fields）和一个可选的字段，字段之间用tag分割。必须的字段有11个，顺序固定，不可用时，根据字段定义，可以为’0‘或者’*‘，这是11个字段包括：

• QNAME，比对片段的（template）的编号；
• FLAG，位标识，template mapping情况的数字表示，每一个数字代表一种比对情况，这里的值是符合情况的数字相加总和；
• RNAME，参考序列的编号，如果注释中对SQ-SN进行了定义，这里必须和其保持一致，另外对于没有mapping上的序列，这里是’*‘；
• POS，比对上的位置，注意是从1开始计数，没有比对上，此处为0；
• MAPQ，mappint的质量；
• CIGAR，简要比对信息表达式（Compact Idiosyncratic Gapped Alignment Report），其以参考序列为基础，使用数字加字母表示比对结果，比如3S6M1P1I4M，前三个碱基被剪切去除了，然后6个比对上了，然后打开了一个缺口，有一个碱基插入，最后是4个比对上了，是按照顺序的；
• RNEXT，下一个片段比对上的参考序列的编号，没有另外的片段，这里是’*‘，同一个片段，用’=‘；
• PNEXT，下一个片段比对上的位置，如果不可用，此处为0；
• TLEN，Template的长度，最左边得为正，最右边的为负，中间的不用定义正负，不分区段（single-segment)的比对上，或者不可用时，此处为0；
• SEQ，序列片段的序列信息，如果不存储此类信息，此处为’*‘，注意CIGAR中M/I/S/=/X对应数字的和要等于序列长度；
• QUAL，序列的质量信息，格式同FASTQ一样。

可选字段（optional fields)，格式如：TAG:TYPE:VALUE，其中TAG有两个大写字母组成，每个TAG代表一类信息，每一行一个TAG只能出现一次，TYPE表示TAG对应值的类型，可以是字符串、整数、字节、数组等。

要注意的几个概念，以及与之对应的模型：

• reference
• read
• segment
• template（参考序列和比对上的序列共同组成的序列为template）
• alignment
• seq

更多的介绍请读读

SAM的定义： http://samtools.sourceforge.net/SAM1.pdf

发表的文献： http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pmc/articles/PMC2723002/

CIGAR的概念 http://asia.ensembl.org/common/Help/Glossary?db=core

一篇博客对于sam的解释 http://davetang.org/wiki/tiki-index.php?page=SAM

perl模块 http://search.cpan.org/~lds/Bio-SamTools/lib/Bio/DB/Sam.pm

文章来源：http://boyun.sh.cn/bio/?p=1890