使用R语言实现bedtools求交集的功能?

Bedtools作为基因组研究的 “ 瑞士军刀 ”，功能强大且易于操作，是生信行业不可多得的好软件。通常对bed区间的注释，我们使用其中“ 求交集 ”的功能（bedtools intersect) ，但是有一个很不方便的地方，我们通常要生成对应的bed文件，再注释完成后还需要用R语言等读入才能继续分析，所以整合度不是很好，本文希望提供R语言的思路来解决该问题。

什么是bedtools?

bedtools：一个强大的基因组算法工具集

总的来说，bedtools实用程序是用于广泛基因组学分析任务的瑞士军刀。最广泛使用的工具支持基因组算法：即基因组的集合论。例如，bedtools允许从广泛使用的基因组文件格式（如 BAM、BED、GFF/GTF、VCF）的多个文件中交叉、合并、计数、补充和洗牌基因组区间。虽然每个单独的工具都旨在完成一项相对简单的任务（例如，相交两个间隔文件），可以通过在 UNIX 命令行上组合多个 bedtools 操作来进行相当复杂的分析。

bedtools是在犹他大学的昆兰实验室开发的，受益于世界各地科学家的杰出贡献。你可以从该链接https://bedtools.readthedocs.io/en/latest/content/bedtools-suite.html获取它所有的所有功能。

第一个问题：获取bed区间开始/结束位点落在基因区间上的结果

这个问题用bedtools也不好解决，因为实际上我们需要获取交集的子集。需要首先把bed区间转变为只有1bp的区间，这增加了操作步骤，但是在R语言中我们可以很灵活实现该方案。

需要先导入R包

library(GenomicRanges)
library(readr)
library(dplyr)

然后写一个函数，负责将bed文件转化为GRanges对象。

makeGranges<-function(x,meta.name){
  df<-read_tsv(x,col_names=F)
  if(stringr::str_detect(df$X1[1],"chr")){
    df$X1<-stringr::str_remove(df$X1,"chr")
  }
  names(df)<-c("seqname","start","end",meta.name)
  makeGRangesFromDataFrame(df,keep.extra.columns = T,ignore.strand = T)
}

然后就是实现该题目功能的函数了

anno_start<-function(x,y){
  x_tmp<-narrow(x,start=1,width = 1)
  res<-findOverlaps(x_tmp,y,ignore.strand=T)
  jiaoji<-x[queryHits(res)]
  mcols(jiaoji)$anno<-mcols(y[subjectHits(res)])[[1]] ## assume that the first meta column should be anno info
  jiaoji
}

其实就是通过缩短bed区间到起始位置1bp，然后求交集即可。

第二个问题：如何实现百分比交集

我们通常不仅仅想知道交集，还想知道交集之间相交部分的长度占自身的百分比来控制结果的输出。

get_overlap_percentage<-function(x,y,query.restrict=T,pct=0.2){
  hits <- findOverlaps(x,y,ignore.strand=T)
  ints<-pintersect(x[queryHits(hits)],y[subjectHits(hits)])
  if(query.restrict==TRUE){
    int_p<-width(ints)/width(x[queryHits(hits)])
  }else{
    int_p<-width(ints)/width(y[subjectHits(hits)])
  }
  hits <- hits[int_p>=pct]
  jiaoji<-x[queryHits(hits)]
  mcols(jiaoji)$anno<-mcols(y[subjectHits(hits)])[[1]]
  jiaoji
}