cellranger4.0抢先看

尧小飞 QC cellranger
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  1. 1. 背景介绍
  2. 2. cellranger4.0更新介绍
  3. 3. cellranger4.0 测试
  4. 4. 总结

1. 背景介绍

做单细胞转录组的都知道，目前为止10xGenomics公司的单细胞转录组解决方案是单细胞领域中的绝对领导者，预计基本上占单细胞转录组的市场份额80%以上（或者更高），因此10xGenomics公司的任何风吹草动都会对单细胞研究的领域产生十分重要的影响。

2020年7月初，10xGenomics公司推出了靶向基因的解决方案，号称在同等测序深度的条件下，其成本降低了90%以上，或者说起通量增加10倍，这对于老师所关注的领域的研究十分重要。今天主要介绍的是cellranger4.0，为什么要所靶向基因呢？主要是这里推出了新产品靶向基因，肯定得有分析软件，而靶向基因使用的软件正好是cellranger4.0，cellranger4.0正好进行了更新，增加了新的的功能和提高了效率。

2. cellranger4.0更新介绍

cellranger4.0更新日期是7月7日，我查看了一下Release notes for Cell Ranger 4.0 (07/07/2020)，一共一千多字，介绍了很多更新的内容和注意事项，大家可以自己去仔细的看看，我自己大概总结了一下，主要有以下几个方面：

  1. Targeted Gene Expression analysis。
  2. Recommended reference packages for human and mouse have been updated from version 3.0.0 to 2020A。
  3. Trimming for alignment。
  4. BAM file changes。
  5. count and vdj run approximately two to four times faster than in Cell Ranger 3.1, depending on the sequencing data, and reduces disk I/O by half。
  6. Recommended VDJ reference packages for human and mouse have been updated from。

当然还有别的一些内容，个人觉得上面的节点重要，就不介绍了。其实我们关注的重点在于，由于靶向基因解决方案还没有正式推出，这里不介绍，总结到两个方面：提高了比对效率和提高了比对率。其中比对效率提高了差不多2-4倍，比对率大概能提高1.5%左右。这两方面对于我们目前单细胞转录组分析来说，其帮助是十分巨大的，特别是公司，提高效率2-4倍，以后就可以减少机时，节约成本，缩短交付周期，而且同时其比对率还有相应的提高，这真是太实用了。上面是软件自我介绍，具体如何，下面将对其进行测试。

3. cellranger4.0 测试

这里使用了一个人的测试数据，分别进行了三组测试：cellranger-3.1.0（之前的参考基因组）和cellranger-4.0.0（新的的参考基因组和之前的参考基因组）。测试命令如下：

#A
cellranger-3.1.0/cellranger count --id=  --fastqs= --sample=  --transcriptome=cellranger-GRCh38-3.0.0 --localmem=40 --localcores=8
#B
cellranger-4.0.0/bin/cellranger count --id=  --fastqs= --sample=  --transcriptome=cellranger-GRCh38-3.0.0 --localmem=40 --localcores=8
#C
cellranger4.0/cellranger-4.0.0/bin/cellranger count --id=  --fastqs=  --sample=  --transcriptome= refdata-gex-GRCh38-2020-A/ --localmem=40 --localcores=8
条件 A B C
软件版本 cellranger-3.1.0 cellranger-4.0.0 cellranger-4.0.0
参考基因组 GRCh38-3.0.0 GRCh38-3.0.0 GRCh38-2020-A
参数 –localmem=40 –localcores=8 –localmem=40 –localcores=8 –localmem=40 –localcores=8
开始时间 2020-04-13 10:16:52 2020-07-10 17:00:50 2020-07-10 17:16:33
结束时间 2020-04-14 06:08:20 2020-07-11 04:30:57 2020-07-11 00:27:44
耗时 20h 11.5h 7h
最大内存 30.499G 35.270G 35.281G
IO 14497.833 5555.653 5592.511
计算节点 c0803.cloud c0002.local c0018.local
预测细胞数 1071 1079 1086
基因中位数 351 354 361
比对率 0.926 0.913 0.913
转录本比对率 0.439 0.444 0.454
总基因检出数目 19316 19420 20989

这里三个比较组，cellranger-3.1.0之前已经运行过一次，因此这次不再运行，从上表格可以看出，测试结果基本上达到了cellranger4.0的Release notes的结果，如果按照相同的参考基因组，都适用GRCh38-3.0.0参考基因组的话，cellranger-3.1.0耗时为20h左右，cellranger-4.0.0为11.5h左右，差不多两倍，如果换成GRCh38-2020-A参考基因组，耗时只有7h左右，差不多是3倍左右，因此比对效率基本上达到要求。cellranger4.0的另外一项是比对率提高，上述表格表明，其细胞的基因检出中位值有一定的提高，特别是用新的参考基因组以后，提高了10左右，比对率基本上没有什么变化，但是有效转录本比对率有一定的提高，在新的参考基因组条件下，比对率差不多提高了1.5%左右，因此基本上达到要求。

另外需要注意的是，这次测试是用的qsub进行投递，因此计算节点不是一个节点，这可能会造成效率有些微波动，不过对结果影响不会太大；cellranger4.0虽然速度提高了，但是内存也增加了，差不多增加了17%左右，这可能是代价，用新的参考基因组以后，其基因检出总数增加了1400左右。

4. 总结

整体来说，这次cellranger4.0更新的作用还是挺大的，特别是对于公司来说，其速度差不多增加了2倍左右，这大大的提高了效率；另外一方面，其比对率的确有所增加，差不多1.5%左右，这是在提高效率的同时，没有牺牲准确性，相反还提高了结果的准确性；不过需要注意的是，cellranger4.0的最大内存增加了，这可能就是提高效率的代价，不过17%的内存增加换来效率的翻倍，这是值得的。

新版的cellranger4.0发布的同时，其参考基因组也有所有更新，而且对有一定的影响，因此建议更新软件的同时，也要更新参考基因组。

上面主要介绍了cellranger count的命令，也就是主要是cellranger对转录组的分析，对于VDJ分析，其测试结果基本上类似，我用了小数据量测试，基本上也是节省1倍的时间。

2020年7月12日

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