德布魯因圖 (De Bruijn graph)

圖論中,m個符號的n維德布魯因圖是表示符號序列之間重疊的有向圖。它有mn個頂點,由給定符號

De Bruijn graph是一個展示符號序列之間重疊關系的有方向的示意圖斗这。

image.png

為什么這里要講這個德布魯因圖塘雳?

因為基因組組裝的組裝工具主要分為三類:基于貪婪算法的拼接方法,基于讀序之間的重疊序列(overlapped sequence)進行拼接的OLC(Overlap-Layout-Consensus)拼接方法和基于德布魯因圖(de bruijn graph)的方法经瓷,這三種方法或多或少基于圖論翠储。第一種是最早期的方法绘雁,目前已被淘汰,第二種適用于一代測序產(chǎn)生長片段序列援所,可以稱之為字符串圖(string graph),第三種是目前二代測序組裝基因組的工具的核心基礎庐舟,也就是de bruijn圖。

de bruijn圖由兩部分組成住拭,節(jié)點(Nodes)和邊(Edges)挪略,節(jié)點由k-mers組成,節(jié)點之間要想形成邊就需要是兩個k-mers存在K-1個完全匹配滔岳。比如說杠娱,ACTG, CTGC, TGCC在K=3時的k-mers為ACT,CTG,TGC,GCC,可以表示為ACT -> CTG -> TGC -> GC.

對于de brujin圖而言谱煤,冗余序列不會影響k-mers的數(shù)量摊求,比如說ACTG,ACTG,CTGC,CTGC,CTGC,TGCC,TGCC在K=3時依舊表示為ACT -> CTG -> TGC -> GCC。

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那Kmer為什么是奇數(shù)趴俘?

根本原因是為了避免正反義鏈混淆睹簇。
目前的NGS測序技術也做不到通測基因組奏赘。一般來說都是測出上百萬千萬億萬個小小的片段(read寥闪,長度一般是100bp-300bp)。而且磨淌,為了確保準確性疲憋,基因組都會被反復測很多層。組裝時構建的kmer單位梁只,實際上是對這些read進行的缚柳。具體的操作就是按照kmer的長度把這些read切割成更小的埃脏、存在重疊關系的片段。那么秋忙,此刻當我們構建de Bruijn graph時彩掐,如何能夠保證正確地把同屬于一條read上的Kmer連接起來,就顯得極為重要了灰追!我們不能一會兒把A kmer正確地連到它自己所在的read堵幽,一會兒又連到它互補鏈的read上去!

[算法學習 1] 基因組組裝算法 De Bruijn Graph - 知乎 (zhihu.com)

De Bruijn graph - Wikipedia
利用de Bruijn graph組裝基因組的時候弹澎,Kmer為什么必須是奇數(shù)朴下? - 知乎 (zhihu.com)
純二代測序從頭組裝基因組 - 簡書 (jianshu.com)

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