biopython: Bio.Application package全面解析

将生物信息学工具（blast，muscle，bwa，samtool等）的命令行写入到biopython的代码脚本中

大家好，这篇文章给大家介绍一下生物信息学程序语言 biopython中的Bio.Application包的神奇的作用，在生物信息学分析脚本编写当中的实际应用。
Bio.Application包大致可以干什么呢？
将一些生物信息学很常用的工具（比如blast）封装到里面，我们在编写脚本的时候，只需要提供一些相应工具（比如提供blastn命令参数）的输入参数，biopython的Bio.Application里面的模块就会替我们运行封装在里面的工具（比如blast）的命令行。

Biopython Bio.Application内置的工具有哪些

内置封装的常用的生物信息学工具种类如下：

Bio.Align.Applications
Bio.Blast.Applications
Bio.Emboss.Applications
Bio.Sequencing.Applications

Bio.Align.Applications的应用：

这是一个对主流的生物信息学全局比对软件工具命令行的封装
这些全局比对软件如下：

Bio.Align.Applications.MuscleCommandline
Bio.Align.Applications.ClustalwCommandline
Bio.Align.Applications.ClustawOmegaCommandline
Bio.Align.Applications.PrankCommandline
Bio.Align.Applications.MafftCommandline
Bio.Align.Applications.DialignCommandline
Bio.Align.Applications.ProbconsCommandline
Bio.Align.Applications.TcoffeeCommandline
Bio.Align.Applications.MSAProbsCommandline

下面的代码使用的Muscle的包装器实现了序列的全局比对：

 #导入相关的包from Bio.Align.Applications import MuscleCommandline#调用MuscleCommandline函数，第一个参数是muscle软件所在的绝对路径，第二个参数是输入文件名称，第三个参数是输出文件名称muscle_commandline = MuscleCommandline(r"C:\Program Files\Aligments\muscle3.8.31_i86win32.exe", input = in_file, out=out_file)
#运行muscle命令行stdout, stderr = muscle_commandline()

Bio.Blast.Applications的应用：

什么是Blast工具？
BLAST全称Basic Local Alignment Search Tool，翻译过来就是"基于局部比对算法的搜索工具"，Blast能够快速比对两条核酸和蛋白质序列。
biopython中封装的相关运行blast命令的函数有如下：
NcbiblastpCommandline - 蛋白序列与蛋白序列进行比对
NcbiblastnCommandline - 核酸序列与核酸序列进行比对
NcbiblastxCommandline
NcbitblastnCommandline
NcbitblastxCommandline
NcbipsiblastCommandline
NcbirpsblastCommandline
NcbirpstblastnCommandline
NcbiideltablastCommandline
NcbiblastformatterCommandline
NcbimakeblastdbCommandline - 创建BLAST比对库的命令

下面的代码首先创建了一个blast比对的库，然后进行测试序列与参考库的比对

  #导入相关的包from Bio.Blast.Applications import NcbimakeblastdbCommandlinefrom Bio.Blast.Applications import NcbimakeblastpCommandline#调用运行blast建库的命令的函数mdcommandline = NcbimakeblastdbCommandline(dbtype = 'prot', input_file = "NC_005816.faa")#调用运行blastp比对命令的函数bpcommandline = NcbiblastpCommandline(query = "test.pro", db = "NC+005816.faa", evalue = 0.001)#运行建库命令stdout, stderr = mdcommandline()#运行比对命令stdout, stderr = bpcommandline()

Bio.Emboss.Applications的应用：

什么是Emboss工具？
EMBOSS是一个开放源代码的序列分析软件包。包括了大量蛋白质和核酸的分析工具，包括翻译、蛋白质结构域搜索、获取序列、比对、引物设计、限制性酶切谱分析等多种功能的。
运行Emboss工具包代码：
以其中的两两序列比对工具water命令为例说明：
首先下载Emboss相关的软件，在Windows下，将安装的路径添加到环境变量$PATH中

方法一：      #导入相关的包from Bio.Emboss.Applications import WaterCommandline#设置运行water命令的封套函数，其中有两个参数gapopen和gapextendcommandline = WaterCommandline(gapopen = 10, gapextend = 0.5)#更改其中的参数gapopen重新设置为20commandline.gapopen = 20#设置好water命令的相关参数以后，依照设置好的参数比对两条序列commandline.asequence = "asis:ACCCGGGCGCGGT"commandline.bsequence = "asis:ACCCGAGCGCGGT"#设置比对结果输出文件commandline.outfile = "out.txt"#运行water比对命令stdout, stderr = commandline()

 方法二：#导入相关的包from Bio.Emboss.Applications import WaterCommandline#也可以输入比对工具water的具体存储路径commandline = WaterCommandline(r"C:\Program Files\EMBOSS\water.exe", gapopen = 10, gapextend=0.5, asequence="", bsequence="", outfile="out.txt")

Bio.Sequencing.Applications的应用：

这个模块封装的生物信息学分析工具是针对高通量测序数据的，包括的生物信息学分析工具如下：
Bio.Sequencing.Applications.BwaIndexCommandline
Bio.Sequencing.Applications.BwaAlignCommandline
Bio.Sequencing.Applications.BwaSamseCommandline
Bio.Sequencing.Applications.BwaSampeCommandline
Bio.Sequencing.Applications.BwaswCommandline
Bio.Sequencing.Applications.BwaMemCommandline
Bio.Sequencing.Applications.SamtoolsViewCommandline
Bio.Sequencing.Applications.SamtoolsCalmdCommandline
Bio.Sequencing.Applications.SamtoolsCatCommandline
Bio.Sequencing.Applications.SamtoolsFaidxCommandline
Bio.Sequencing.Applications.SamtoolsFixmateCommandline
Bio.Sequencing.Applications.SamtoolsIdxstatsCommandline
Bio.Sequencing.Applications.SamtoolsIndexCommandline
Bio.Sequencing.Applications.SamtoolsMergeCommandline
Bio.Sequencing.Applications.SamtoolsMpileupCommandline
Bio.Sequencing.Applications.SamtoolsPhaseCommandline
Bio.Sequencing.Applications.SamtoolsReheaderCommandline
Bio.Sequencing.Applications.SamtoolsRmdupCommandline
Bio.Sequencing.Applications.SamtoolsSortCommandline
Bio.Sequencing.Applications.SamtoolsVersion0xSortCommandline
Bio.Sequencing.Applications.SamtoolsVersion1xSortCommandline
Bio.Sequencing.Applications.SamtoolsTargetcutCommandline

下面的代码首先用bwa建立参考基因组的索引，然后以参考基因组为参考用bwa将输入的fastq的read，mapping到参考基因组上，输出为.sai文件

   #导入相关的包from Bio.Sequencing.Applications import BwaIndexCommandline#选择参考基因组，并把参考基因组的绝对路径保存在变量reference_genome中reference_genome = "D:\data\reference.fasta"#调用封装的函数BwaIndexCommandline,设定相关参数index_commandline = BwaIndexCommandline(infile = reference_genome, algorithm = "bwtsw")#运行命令，这条命令相当于：bwa index -a bwtsw D:/data/reference.fastastdout, stderr = index_commandline()from Bio.Sequencing.Applications import BwaAlignCommandlineread_file = "D:\data\read.fq"output_sai_file = "D:\data\read.sai"aln_commandline = BwaAlignCommandline(reference = reference_genome, read_file = read_file)#运行比对命令行，相当于bwa aln D:\data\reference.fasta D:\data\read.fqaln_commandline(stdout = output_sai_file)

最后：能力有限，欢迎拍砖！哈哈
参考：[biopython API](https://biopython.org/docs/1.75/api/Bio.html)

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