fastp软件的使用

本文最后更新于 2024年7月26日晚上

fastp: A tool designed to provide fast all-in-one preprocessing for FastQ files. This tool is developed in C++ with multithreading supported to afford high performance.

fastp，它可以仅仅扫描FASTQ文件一次，就完成比FASTQC + cutadapt + Trimmomatic 这三个软件加起来的功能还多很多的功能，而且速度上比仅仅使用Trimmomatic一个软件还要快3倍左右，因为它使用C++开发，处处使用了高效算法，而且完美支持多线程！

fastp过滤测序序列

过滤

fastp可以对低质量序列，较多N的序列，该功能默认是启用的，但可以使用-Q参数关闭。使用-q参数来指定合格的phred质量值，比如-q 15表示质量值大于等于Q15的即为合格，然后使用-u参数来指定最多可以有多少百分比的质量不合格碱基。比如-q 15 -u 40表示一个read最多只能有40%的碱基的质量值低于Q15，否则会被扔掉。使用-n可以限定一个read中最多能有多少个N。

fastp还默认启用了read长度过滤，但可以使用-L参数关闭。使用-l参数指定最低要求一个read有多长，比如-l 30表示低于30个碱基的read会被扔掉。这个功能可以用于实现常用的discard模式，以保证所有输出的序列都一样长。

在fastp的HTML报告中，最头上的Summary表格很清楚地显示了过滤的统计信息，如下图所示：

接头处理

接头（adapter）污染的处理是FASTQ文件预处理中很重要的一步。fastp默认启用了接头处理，但是可以使用-A命令来关掉。fastp可以自动化地查找接头序列并进行剪裁，也就是说你可以不输入任何的接头序列，fastp全自动搞定了！对于SE数据，你还是可以-a参数来输入你的接头，而对于PE数据则完全没有必要，fastp基于PE数据的overlap分析可以更准确地查找接头，去得更干净，而且对于一些接头本身就有碱基不匹配情况处理得更好。fastp对于接头去除会有一个汇总的报告，如下图所示：

滑窗质量剪裁

很多时候，一个read的低质量序列都是集中在read的末端，也有少部分是在read的开头。fastp支持像Trimmomatic那样对滑动窗口中的碱基计算平均质量值，然后将不符合的滑窗直接剪裁掉。使用-5参数开启在5’端，也就是read的开头的剪裁，使用-3参数开启在3’端，也就是read的末尾的剪裁。使用-W参数指定滑动窗大小，默认是4，使用-M参数指定要求的平均质量值，默认是20，也就是Q20。

PE数据的碱基校正

fastp支持对PE数据的每一对read进行分析，查找它们的overlap区间，然后对于overlap区间中不一致的碱基，如果发现其中一个质量非常高，而另一个非常低，则可以将非常低质量的碱基改为相应的非常高质量值的碱基值，如下图所示：

上图中所示的标红的T碱基是低质量序列，和高质量的A不匹配，它会被校正为A。该校正功能默认没有开启使用-c参数可以启用，对于一些对噪声容忍度低的应用，比如液体活检，建议开启。

全局剪裁

fastp可以对所有read在头部和尾部进行统一剪裁，该功能在去除一些测序质量不好的cycle比较有用，比如151*2的PE测序中，最后一个cycle通常质量是非常低的，需要剪裁掉。使用-f和-t分别指定read1的头部和尾部的剪裁，使用-F和-T分别指定read2的头部和尾部的剪裁。

polyG剪裁

对于两色发光法的Illumina设备（NextSeq / NovaSeq），因为在没有光信号情况下base calling的结果会返回G，所以在序列的尾端可能会出现较多的polyG，需要被去除。fastp会自动化地识别NextSeq / NovaSeq的数据，然后进行polyG识别和剪裁。如果你想强制开启该功能，可以指定-g参数，如果想强制关闭该功能，则可以指定-G参数。

分子标签UMI处理

UMI在处理ctDNA类似的超低频突变检测应用中是十分有用的，为了更好地对带UMI的FASTQ文件进行预处理，fastp也很好地支持了UMI预处理功能。该功能默认没有启用，需要使用-U参数开启，另外需要使用–umi_loc来指定UMI所在的位置，它可以是（index1、 index2、 read1、 read2、 per_index、 per_read ）中的一种，分别表示UMI是在index位置上，还是在插入片段中。如果指定了是在插入序列中，还需要使用 --umi_len 参数来指定UMI所占的碱基长度。

输出文件切分

很多时候我们需要对输出的FASTQ进行切分，分成大小均匀的多个文件，这样可以使用比对软件并行地比对，提高并行处理的速度。fastp软件也提供了相应的功能，并且支持了两种模式，分别是使用参数-s指定切分后文件的个数，或者使用-S参数指定每个切分后文件的行数。

质控报告解读

接下来，我们再看一下如何理解fastp生成的质控报告。fastp的报告在单一文件中同时包含了过滤前和过滤后的统计结果，如果是PE数据，则同时包含了read1和read2的统计结果。之前我们已经说过了，fastp会生成HTML的报告和JSON格式的报告。HTML报告的默认文件名是fastp.html，但是可以通过-h参数修改，JSON报告的默认文件名是fastp.json，但是可以通过-j参数修改。而且fastp报告还有一个标题，默认是fastp report，这个也可以通过-R参数修改为你想要的标题。JSON格式的报告是优化过的，人机皆可读，适合进阶的用户使用程序解析，而这里我们重点关注HTML格式的报告。