fa文件与fq文件互相转换

今天分享的内容是fasta文件与fastq文件的基本知识，以及通过Python实现两者互相转换的方法。

测序数据公司给的格式通常是fq.gz，也就是fastq文件，计算机的角度来说，生物的序列属于一种字符串，就是一堆字母，这些字母就蕴含了遗传信息。

通过序列拼接将fastq转换为fasta，通过短序列比对将fastq与fasta合并为bam，通过变异检测将bam中突变位点提取出来转换为vcf，这就是上游分析的套路。

fastq文件基本格式

可以看出fq文件包含了更多的信息，比如测序质量，碱基信息等，这些是通过测序仪产生的数据。

fasta文件基本格式

对比一下可以看出，fa文件主要是两部分，大于号开头的是序列的ID，下一行是序列，相比于fq文件，少了质量信息。

将fasta文件转换为fastq文件

分享一个Python脚本实现这个操作：

import sys

fa_f = sys.argv[1]
fq_f = sys.argv[2]
len_max = int(sys.argv[3])  # fq len max: 150bp

with open(fa_f, 'r') as f, open(fq_f, 'w') as pf:
    while True:
        name = f.readline().strip()
        if not name:
            break
        if name.startswith('>'):
            tmp_name = name.strip('>')
            read_id = '@'+tmp_name
        seq = f.readline().strip()
        if len(seq) <= len_max:
            read_info = '{rd_id}\n{seq}\n+\n{qual}\n'.format(rd_id=read_id, seq=seq, qual='F'*len(seq))
        else:
            read_info = ''
            cnt = int(len(seq) / len_max)
            for i in range(cnt):
                tmp_id = read_id + '_' + str(i)
                tmp_seq = seq[i*len_max:(i+1)*len_max]
                read_info += '{rd_id}\n{seq}\n+\n{qual}\n'.format(rd_id=tmp_id, seq=tmp_seq, qual='F'*len_max)
            lseq = len(seq) % len_max
            if lseq != 0:
                tmp_id = read_id + '_' + str(cnt)
                tmp_seq =seq[-lseq:]
                read_info += '{rd_id}\n{seq}\n+\n{qual}\n'.format(rd_id=tmp_id, seq=tmp_seq, qual='F'*lseq)
        pf.write(read_info)

使用的方法也很简单，把这个脚本保存为xx.py，然后运行并添加三个参数，第一个是原始fasta文件名，第二个是输出文件名，第三个参数是数字，表示每条序列的最大长度，超过该长度的序列将会被切分成多条。

原理解释

刚刚这段Python脚本的功能是将fasta格式的序列文件转换为fastq格式的序列文件，并且可以对序列进行分割，使得每条序列的长度不超过指定的最大长度。

功能：

读取输入的fasta格式的序列文件。 将fasta序列文件中的序列转换为fastq格式。 如果序列长度超过指定的最大长度（len_max），则将长序列分割成多个子序列，每个子序列长度不超过len_max。 将转换后的fastq格式的序列写入输出文件中。

原理：

通过命令行参数传入fasta格式的序列文件路径（fa_f）、要生成的fastq序列文件路径（fq_f）和最大序列长度（len_max）。 使用with open()语句打开fasta序列文件和要生成的fastq序列文件。

逐行读取fasta序列文件，每次读取两行：第一行为序列ID，第二行为序列信息。 对于每条序列，如果序列长度不超过指定的最大长度，则直接转换为fastq格式；否则，将长序列分割成多个子序列，每个子序列长度不超过len_max。

将fastq文件转换为fasta文件

同样，我们也可以使用Python将fq文件转换为fa文件：

import sys
import gzip 

fq_in = sys.argv[1]
fa_out = sys.argv[2]
reads_count = sys.argv[3]  # if set [-1], means output all reads

with gzip.open(fq_in, 'r') as f, open(fa_out, 'w') as pf:
    cnt = 0
    while True:
        rd_id = f.readline()
        if not rd_id or cnt==int(reads_count):
            break
        seq = f.readline()
        tmp = f.readline()
        qual = f.readline()
        pf.write('>'+rd_id+seq)
        cnt+=1

这段Python代码是一个简单的脚本，用于将gzip压缩的Fastq文件（.fq.gz文件）转换为普通的Fasta文件（.fa文件）， 下面是代码的原理和作用：

首先，导入了sys和gzip模块，sys用于接收命令行参数，gzip用于解压缩.fq.gz文件。 从命令行参数中获取输入Fastq文件路径（fq_in）、输出Fasta文件路径（fa_out）和要输出的reads数量（reads_count）。

使用gzip.open函数打开输入的Fastq文件，以只读模式打开。使用open函数打开输出的Fasta文件，以写入模式打开。 设置一个计数器cnt，用于记录已经处理的reads数量。

进入一个无限循环，循环中读取Fastq文件中的每个reads信息： 读取reads的ID行（以'@'开头的行）作为rd_id。 读取reads的序列行作为seq。 读取reads的空行（通常为'+'）作为tmp。 读取reads的质量信息行作为qual。

将reads的ID和序列信息写入输出的Fasta文件中，格式为>rd_idseq。 计数器cnt加一。 如果读取的reads数量达到指定的reads_count值，则退出循环。 循环结束后，关闭输入和输出文件。

总的来说，将压缩的Fastq文件解压缩并转换为Fasta格式，同时可以根据指定的reads数量控制输出的reads数量。代码中使用了gzip模块解压缩文件，以及文件读取和写入操作，最终实现了Fastq到Fasta的转换。

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参考资料：
https://blog.csdn.net/sinat_32872729/article/details/117353884
https://blog.csdn.net/weixin_46128755/article/details/127947650
https://zhuanlan.zhihu.com/p/77874271