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MUMmer4 基因组比对入门：从安装到看懂第一个比对结果

【免费下载链接】mummerMummer alignment tool项目地址: https://gitcode.com/gh_mirrors/mu/mummer

你手里有两个基因组——一个参考基因组，一个新组装出来的 contigs 文件。想知道它们差在哪：多少 SNP、哪里发生了倒位或缺失、组装质量如何。MUMmer4 就是为这类"两份 DNA 序列找不同"的工作设计的：它是基于精确匹配锚点的基因组比对工具，先找出所有完全相同的锚点，再用 Smith-Waterman 把锚点延伸成完整比对。

它不是单条命令，而是一条流水线：nucmer负责比对，show-coords、show-snps、show-diff、delta-filter负责从结果里提取不同粒度的信息，mummerplot负责画出来。下面按"装→跑→读懂输出→调参"的顺序过一遍。

从源码安装 MUMmer4

MUMmer4 需要 g++ 4.7 以上，运行 perl 脚本（mummerplot、dnadiff等）还需要 perl 5.6+；要出图的话再装一个 gnuplot（4.0 以上）。Debian/Ubuntu 上先装build-essentials。

执行以下命令，从源码克隆并安装到默认路径/usr/local：

git clone https://gitcode.com/gh_mirrors/mu/mummer cd mummer ./configure make sudo make install

装完后which nucmer能找到可执行文件即成功。注意nucmer会覆盖同名输出文件，每次跑完记得换输出前缀。

第一个比对命令：nucmer

MUMmer 自带的示例数据是最快的上手材料：鼠疫杆菌的参考序列片段和它的 contigs 片段，真实序列但经过裁剪，几秒内就能跑完。执行这条命令，输入两个 multi-FASTA 文件：

nucmer -p anthrax docs/web/examples/data/B_anthracis_Mslice.fasta \ docs/web/examples/data/B_anthracis_contigs.fasta

运行结束后你会得到anthrax.delta，这就是整个工具的"中间产物"——所有后续分析（坐标、SNP、结构变异、画图）都只依赖这一个文件。所以它不是"跑完看一眼就扔"的输出，建议留存。

想看人类可读的比对列表，再执行：

show-coords -T anthrax.delta > anthrax.coords

输出是一张制表符分隔的表。官方示例的输出 docs/web/examples/data/nucmer.coords 长这样（节选）：

[S1] [E1] | [S2] [E2] | [LEN 1] [LEN 2] | [% IDY] | [COV R] [COV Q] | [TAGS] 19959 52829 | 32872 1 | 32871 32872 | 99.98 | 10.52 100.00 | B_anthracis_Mslice 138291 52816 75314 | 22500 1 | 22499 22500 | 99.99 | 7.20 100.00 | B_anthracis_Mslice 138388

三个读法要点：

• [S1]/[E1]是参考序列上的起止坐标，[S2]/[E2]是查询序列上的。若[S2] > [E2]（如第一行的 32872→1），说明这段比对在查询序列的反向互补链上。
• [% IDY]是这段比对区的同一性百分比，这里 99.98 说明该片段几乎完全一致。
• [COV Q]是查询 contig 被覆盖的比例，100.00 表示整条 contig 都落到了参考基因组上；低于 100% 说明这条 contig 有片段找不到归属，值得留意。

从 delta 文件里挖 SNP 和结构差异

.delta文件本身用"delta 编码"记录插入和缺失：每行一个有符号整数，正数是参考序列上到下一个插入的距离，负数代表删除。README 里的例子可以帮你建立直觉：

A = acgtagctgag B = cggtagtgag Delta = (1, -3, 4, 0) A = acg.tagctgag B = .cggtag.tgag

你不需要手算这些，直接用配套工具。执行以下命令：先用delta-filter做 1-to-1 全局过滤（去掉重复区引起的冗余比对），再提取 SNP：

delta-filter -1 anthrax.delta > anthrax.1delta show-snps -rlTHC anthrax.1delta

-1保证每条序列只取一个最优位置，是找 SNP 时的推荐模式；-C让 SNP 只报在唯一比对区，避免重复区里的假阳性。每行输出一个 SNP 或 indel，含参考/查询两侧的坐标和碱基。

想知道更大的尺度——哪里断了、哪里倒位了——用show-diff：

show-diff -rH anthrax.1delta

它把比对断点分类成六种事件：GAP（插入/缺失）、DUP（重复拷贝数差异）、BRK（参考侧来源不明的插入）、JMP（片段换位）、INV（倒位，会在倒位两端各报一条断点）、SEQ（跨 contig/染色体易位）。比如你在参考侧连续看到两条 INV，基本可以确认中间是一段倒位区。

如果懒得一个个敲，dnadiff脚本一条命令跑完上面全部流程，输出.report汇总文件和 SNP、断点、未比对区等一整套结果，适合对比同一物种的两个组装。

用 mummerplot 画点图

数据是表格式的最好，但基因组比对的共线性结构，画出来才直观。mummerplot会生成 gnuplot 脚本并直接出图，需要系统里装了 gnuplot。执行：

mummerplot -l anthrax.delta -p plot

-l表示同时生成点图和覆盖图，-p指定输出前缀，最终得到plot.ps（或-p配合 png 终端的位图）。效果类似官方文档里这张：

对角线是最关键的信息：落在主对角线上的段代表正向共线性区域；从对角线折向另一方向的线段就是倒位或易位；平行于主对角线的多条线通常对应重复序列。覆盖图则直接告诉你参考序列哪些区间没被覆盖到。

多 contig 比对时，官方教程里的 mapview 输出长这样（contig 在参考序列上的平铺定位）：

MUMmer4 mapview 基因组 contig 平铺比对图，显示 contig 在参考序列上的位置

图里每根竖线代表一条 contig 的比对位置，线的长短和断口能直接暴露组装缺口和错位。

调参：4 个常用参数及其默认值

默认参数为"同物种或同源序列"设计。遇到大基因组、富重复基因组或跑得太慢时，重点调这 4 个：

另一个常问的是"为什么有比对结果却没看到某条 contig"：默认情况下nucmer只用在参考序列中唯一的锚点，重复区里的匹配会被跳过。富重复的基因组可以加--mumreference（仅要求参考侧唯一）或--maxmatch（全部最大精确匹配都用上）来换回灵敏度，代价是输出里多出重复区间的"影子比对"，记得接delta-filter过滤。

性能预期参考 README 的说法：细菌或小型真核基因组在秒到分钟级；两个哺乳动物基因组约 3 小时（32 核以上、64GB 内存的工作站）。比对整个基因组前，文档建议先用nseg或dust屏蔽低复杂度区，能明显减少无效匹配。

DNA 差异太大时：换 promer

当两条 DNA 序列的同一性已经低到锚点找不齐，但蛋白层面还相似（比如远缘物种、古老基因家族的共线性分析），换promer：

promer -p pro_out ref.fa qry.fa

它把两侧序列在 6 个阅读框下全部翻译，在蛋白水平找锚点，再用和nucmer相同的方式聚类延伸，输出的.delta同样能被show-coords、show-snps、mummerplot解析。注意两点：delta整数单位是氨基酸（1 个 delta 整数 = 3 个核苷酸），坐标仍按核苷酸计；show-coords会多出一列阅读框[FRM]。

典型分工：同物种组装比对、SNP 挖掘用nucmer；跨属、跨科甚至更远物种的共线性分析、比较注释用promer。拿不准时可以先用nucmer跑一遍，看[% IDY]普遍低于 70-80% 再考虑切换。

下一步：跑一遍官方示例

仓库自带完整示例数据，都在 docs/web/examples/ 下，包含参考序列、contigs 序列以及预先生成的.delta、.coords、.snps等全套输出，可以直接对照自己跑的结果检查是否正确。建议现在就执行：

nucmer -p anthrax docs/web/examples/data/B_anthracis_Mslice.fasta \ docs/web/examples/data/B_anthracis_contigs.fasta show-coords -T anthrax.delta | head -20

把输出的前 20 行和仓库里的 nucmer.coords 对比一遍——坐标、同一性、覆盖率三列能对得上，说明你的安装和用法都没问题，可以放手跑自己的数据了。更详细的参数语义在 docs/nucmer.README 里逐条写清楚了。

【免费下载链接】mummerMummer alignment tool项目地址: https://gitcode.com/gh_mirrors/mu/mummer