samtools flags 的含义

对于双端比对的数据，生成的BAM文件中，R1端序列和R2端序列的标识符是一样的，之前一直不知道如何根据bam文件区分哪条序列是R1端，哪条序列是R2端，昨天仔细研究了一下，原来代表R1端和R2端的信息都存储在flag中，即bam文件的第二列；

在bam文件格式中定义了各种flag代表的意思

/*! @abstract the read is paired in sequencing, no matter whether it is mapped in a pair */
#define BAM_FPAIRED        1
/*! @abstract the read is mapped in a proper pair */
#define BAM_FPROPER_PAIR   2
/*! @abstract the read itself is unmapped; conflictive with BAM_FPROPER_PAIR */
#define BAM_FUNMAP         4
/*! @abstract the mate is unmapped */
#define BAM_FMUNMAP        8
/*! @abstract the read is mapped to the reverse strand */
#define BAM_FREVERSE      16
/*! @abstract the mate is mapped to the reverse strand */
#define BAM_FMREVERSE     32
/*! @abstract this is read1 */
#define BAM_FREAD1        64
/*! @abstract this is read2 */
#define BAM_FREAD2       128
/*! @abstract not primary alignment */
#define BAM_FSECONDARY   256
/*! @abstract QC failure */
#define BAM_FQCFAIL      512
/*! @abstract optical or PCR duplicate */
#define BAM_FDUP        1024
/*! @abstract supplementary alignment */
#define BAM_FSUPPLEMENTARY 2048

1 ： 代表这个序列采用的是PE双端测序

2： 代表这个序列和参考序列完全匹配，没有插入缺失

4： 代表这个序列没有mapping到参考序列上

8： 代表这个序列的另一端序列没有比对到参考序列上，比如这条序列是R1,它对应的R2端序列没有比对到参考序列上

16：代表这个序列比对到参考序列的负链上

32 ：代表这个序列对应的另一端序列比对到参考序列的负链上

64 ： 代表这个序列是R1端序列， read1;

128 : 代表这个序列是R2端序列，read2；

256： 代表这个序列不是主要的比对，一条序列可能比对到参考序列的多个位置，只有一个是首要的比对位置，其他都是次要的

512： 代表这个序列在QC时失败了，被过滤不掉了（# 这个标签不常用）

1024: 代表这个序列是PCR重复序列（#这个标签不常用）

2048: 代表这个序列是补充的比对（#这个标签具体什么意思，没搞清楚，但是不常用）

上面的这几个标签都是2的n次方，这样的数列有一个特点，就是随机挑选其中的几个，它们的和是唯一的，比如

65 只能是1 和 64 组成，代表这个序列是双端测序，而且是read1

所以在bam文件中的第二列，即flag列的值代表这条序列符合上述所有条件的值的和，所以根据这个flag我们可以确定这条序列究竟是read1 还是read2

在新版的samtools中提供了一个flags 功能，可以查看flag 代表的含义，比如下面的sam文件

NB500986:26:HGJ2VBGXX:3:13403:17250:17986       419     chr1    12013   1       131M    =       12016   131     TCTGACTTCCAGCAACTGCTGGCCTGTGCCAGGGTGCAAGCTGAG
CACTGGAGTGGAGTTTTCCTGTGGAGAGGAGCCATGCCTAGAGTGGGATGGGCCATTGTTCATCTTCTGGCCCCTGTTGTCTGCAT  AAAAAEEEEEEEEEEEEEEEEEEEEEEEEEEAEEEEEEEEEEEAEEEEAEEEEEEEEEEEEEEEEEEEE
EEEEEEEEEEEEEEEEEEEEEEEEE/EE/EE<EEEEEEEEEEEEEEEEEEEEEEEEEEEEEE  AS:i:0  XN:i:0  XM:i:0  XO:i:0  XG:i:0  NM:i:0  MD:Z:131        YT:Z:UU XS:A:+  NH:i:4  CC:Z:
chr15   CP:i:102519027  HI:i:0
NB500986:26:HGJ2VBGXX:3:13403:17250:17986       339     chr1    12016   1       128M    =       12013   -131    GACTTCCAGCAACTGCTGGCCTGTGCCAGGGTGCAAGCTGAGCAC
TGGAGTGGAGTTTTCCTGTGGAGAGGAGCCATGCCTAGAGTGGGATGGGCCATTGTTCATCTTCTGGCCCCTGTTGTCTGCAT     EEEEEEEEEEEEEEEEEEEEEEEEEEAEEEEEEE<AEEEEEEEEEEEAEEEAEEEEEEEEEEEAEEEEE
EEEEEEEEEEEEEEEEEEEEEAAEEAEEEEEAEEEEEEEEEE/EEEEEEEEEEEAAAAA     AS:i:0  XN:i:0  XM:i:0  XO:i:0  XG:i:0  NM:i:0  MD:Z:128        YT:Z:UU XS:A:+  NH:i:4  CC:Z:
chr15   CP:i:102519027  HI:i:0

一共有两个序列，他们的标识符是一样的，那怎么区分那个是R1端，那个是R2端呢？

直接根据flag 查看

samtools flags 419
0x1a3   419     PAIRED,PROPER_PAIR,MREVERSE,READ2,SECONDARY
samtools flags 339
0x153   339     PAIRED,PROPER_PAIR,REVERSE,READ1,SECONDARY

根据上面给结果可以看出，flag为419代表PAIREED(1), PROPER_PAIR(2),MREVRSE(32),READ2(128),SECONDARY(256)，其中

PAIRED 代表这条序列采用双端测序， 其值为1；

PROPER_PAIR 代表这条序列完全匹配， 其值为2；

MREVRSE 代表这条序列对应的另一端序列比对到参考序列的负链上，其值为32；

READ2 代表这条序列是R2端序列，其值为128

SECONDARY 代表这条序列不是primary alignment, 其值为256

1 + 2 +32 +128 + 256 = 419

所以419对应的序列是R2端序列， 同理，339代表的序列是R1段序列

搞清楚了序列究竟是R1端还是R2端之后，还有一点值得注意的地方，samtools 还提供了一个bam2fq 的功能，根据bam文件抽取比对时采用的fastq序列

在bam文件中，第10列代表的是序列，第11列代表的是序列的质量，根据第二列的flag还可以确定序列是R1还是R2,

但是当序列本身比对到参考序列的负链时，即flag 包含16时，bam文件中记录的序列是原始序列的反向互补序列，而且质量值也是反向的，所以根据这样的序列还原时要小心一点，以上面flag为339的序列为例

因为339包含了REVERSE,所以对应的序列应该是第10列序列的反向互补序列，碱基质量值为第11列的反向序列，

搞清楚了这些，对于bam文件的理解又更清晰了一些。