oqtans: Oqtans: Reproduzierbare, quantitative Transkriptom- Auswertung, auch in der Cloud Sebastian J. Schultheiss

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1 oqtans: Oqtans: Reproduzierbare, quantitative Transkriptom- Auswertung, auch in der Cloud Sebastian J. Schultheiss Computomics GmbH & Co. KG und Friedrich Miescher Laboratory of the Max Planck Society, Tübingen, Germany! Präsentiert bei der Sommertagung 2014 computomics molecular data analysis c oqtans online quantitative transcript analysis

2 DNA-Sequenzierung Kosten pro Genom- sequenzierung (Mensch) in US-Dollar $ $ 3 Mrd

3 DNA-Sequenzierung Kosten pro Genom- sequenzierung (Mensch) in US-Dollar Genomgröße in DNA-Basen $ $ 3 Mrd Mrd. 17 Mrd. Mensch Weizen

4 DNA-Sequenzierung Kosten pro Genom- sequenzierung (Mensch) in US-Dollar Genomgröße in DNA-Basen Genom-Kopien pro Zelle $ $ 3 Mrd Mrd. 17 Mrd. Mensch Weizen 2 6 Mensch Weizen

5 Galaxy Werkbank Entwickelt von Penn State and Emory Offene, web-basierte Plattform Datenintensive Biotechnologie-Forschung Verfügbar als öffentlicher Webserver; Download; Cloud J. Goecks et al D. Blankenberg et al E. Afgan et al S. Koskovsky Pond et al W. Miller et al J. Taylor et al D. Blankenberg et al M. Giardine et al. 2005

6 Galaxy Arbeitsweise Persistent (Histories, Parameter, Versionen) Reproduzierbar (Workflows, Pages) Transparent Glaubwürdige Bioinformatik-Analysen J. Goecks et al D. Blankenberg et al E. Afgan et al S. Koskovsky Pond et al W. Miller et al J. Taylor et al D. Blankenberg et al M. Giardine et al. 2005

7 RNAseq für Pflanzentranskriptome

8 RNAseq Analyse Sequenzieren Mapping Transkripte Quantifizieren Häufige Analyseaufgaben Vergleich zweier Proben (Wildtyp, Mutante) Identifikation neuer Transkripte Lee et al Nucleic Acids Res Yamashita et al Genome Res Daines et al Genome Res Ramani et al Genome Res Tang et al Nature Methods Grabherr et al Nature Biotech Li et al Science Gerstein et al Science

9 RNAseq Analyse Sequenzieren Mapping Transkripte Quantifizieren Häufige Probleme Reproduzierbarkeit Verfügbarkeit von Softwareprogrammen Skalierbarkeit

10 oqtans Open-Source Werkbank für die quantitative Transkriptom- Analyse c oqtans online quantitative transcript analysis Sequenzieren Mapping Transkripte Quantifizieren Basierend auf Galaxy Viele zusätzliche Auswertungsprogramme Techniken basierend auf maschinellen Lernverfahren Alternative Programme

11 oqtans Galaxy Tools c oqtans online quantitative transcript analysis Sequenzieren Mapping Transkripte Quantifizieren PALMapper* BWA TopHat!! * Entwickelt durch die MLB Rätsch Research Group, FML, Tübingen mtim* SplAdder* ASP* Plus EasySVM, KIRMES and more Trinity Cufflinks GFF Toolkit* rquant* rdiff* Cufflinks/ Cuffdiff DESeq Genesetter* topgo SAFT*

12 oqtans Transkriptom-Analyseprogramme Sequenzieren PALMapper Read Mapping Transkripte Quantifizieren PALMapper: sehr genauer Read Mapper, der Basenqualität und Spleißstellenvorhersagen verwendet G. Jean et al Curr Protoc Bioinformatics

13 oqtans Transkriptom-Analyseprogramme Sequenzieren Mapping mtim Transcript Prediction Segmentation Quantifizieren mtim: rekonstruiert Exon-Intron Struktur aus Alignments und Spleißstellenvorhersagen SplAdder: fügt Isoformen zu existierender Annotation hinzu, basiert auf Spleißgraph G. Zeller et al i.p.

14 oqtans Transkriptom-Analyseprogramme Sequenzieren Mapping Transkripte Quantification rquant rquant: entfernt systematische Fehler der Sequenzbankherstellung, Sequenziermaschine, des Readmappings Genaue Bestimmung der Transkript- Häufigkeit R. Bohnert & G. Rätsch 2010 Nucleic Acids Res

15 oqtans Transkriptom-Analyseprogramme Sequenzieren Mapping Transkripte rdiff/deseq Quantification rdiff/deseq: Bestimmt signifikante Unterschiede bei der Transkript/ Genexpression zwischen Proben durch statistische Tests O. Stegle et al Nature Preceedings S. Anders and W. Huber 2010 Genome Biology

16 oqtans Transkriptom-Analyseprogramme Sequenzieren Mapping Transkripte SAFT, Quantification topgo,... SAFT: Das Simple Alignment Filter Tool bestimmt die Alignmentgenauigkeit A. Kahles et al i.p.! topgo: Gen-Ontologie Anreicherungsanalyse und Visualisierung!! A. Alexa et al Bioinformatics

17 oqtans Genomannotation Sequenzieren Mapping Transkripte Quantification mgene mgene: Proteincodierende Gene und exprimierte, nichtcodierende Bereiche Spleißstellen, Exons, Introns, Transkripte RGASP-Wettbewerb!! G. Schweikert et al. 2011

18 oqtans Funktionelle Annotation Sequenzieren Mapping Transkripte Transkriptfunktion Quantification SWISSPROT: Proteinfunktion Pfam: Protein-Domänenfunktion PROVEAN: Schwerwiegende Mutationen ncrna-pipeline

19 oqtans Ergebnisse c oqtans online quantitative transcript analysis Sequenzieren PALMapper DESeq genesetter A. thaliana Illumina, 78 nt RNA-seq reads Nordamerika (Col-0) (1,2 Millionen) Kanarische Inseln (Can-0) (4,9 Millionen) Gan et al Nature

20 oqtans Genesetter

21 Cloud Computing Kosten c oqtans online quantitative transcript analysis Sequenzieren! PALMapper DESeq genesetter Verwendeter Computer: 1 XXL Zeit: Quantitative Analyse: < 1 h Kosten bei der Amazon Cloud: ca. $0.82 USD

22 Intron Positionsgenauigkeit durch Read Alignments 0.90 Sequencing PALMapper TopHat min 0.45 O. sativa 75 nt RNA-seq reads (24 million) min 0.00 F-score Laufzeit

23 Intron Positionsgenauigkeit durch Read Alignments 0.90 PALMapper mtim Sequencing O. sativa TopHat Cufflinks F-Score nt RNA-seq reads (24 million) Introns Transkripte

24 Cloud Computing Kosten c oqtans online quantitative transcript analysis Sequenzieren! PALMapper mtim Transkriptfunktion Verwendeter Computer: 20x large-memory Zeit: Quantitative Analyse: 1 h Kosten bei der Amazon Cloud: ca. $7.38 USD

25 oqtans Verfügbarkeit Open-source Pakete Galaxy Tool Wrapper Installation in bestehende Galaxy-Instanz Community Tool Shed

26 computomics molecular data analysis Mission Wir erbringen Dienstleistungen für die Analyse von Sequenzdaten und begleiten unsere Kunden vom Experimentdesign bis hin zu komplexen Interpretationen.! Zielkunden Forscher aus Pflanzenbiotechnologie-, Züchtungs- und Saatgutfirmen.! Alleinstellung Validierte Methoden und Qualitätskontrolle Transparent und Reproduzierbar Unabhängig Kundenspezifische Dienstleistung Datensicherheit

27 oqtans Verfügbarkeit: Cloud Computing Demo Cloudinstanz mit allen oqtans tools AMI bei Amazon Web Services für EC2 Cloudman um beliebig viele Instanzen als Compute Cluster zu starten

28 oqtans Verfügbarkeit: Cloud Computing

29 Géraldine Jean, Jonas Behr, Regina Bohnert, Philipp Drewe, Nico Görnitz André Kahles, Pramod Mudrakarta,Vipin T. Sreedharan, Georg Zeller, Gunnar Rätsch

30 oqtans: Oqtans: Reproduzierbare, quantitative Transkriptom- Auswertung, auch in der Cloud Sebastian J. Schultheiss Computomics GmbH & Co. KG und Friedrich Miescher Laboratory of the Max Planck Society, Tübingen, Germany! Präsentiert bei der Sommertagung 2014 computomics molecular data analysis c oqtans online quantitative transcript analysis

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