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[samtools.git] / samtools.1
1 .TH samtools 1 "10 November 2009" "samtools-0.1.7" "Bioinformatics tools"
2 .SH NAME
3 .PP
4 samtools - Utilities for the Sequence Alignment/Map (SAM) format
5 .SH SYNOPSIS
6 .PP
7 samtools view -bt ref_list.txt -o aln.bam aln.sam.gz
8 .PP
9 samtools sort aln.bam aln.sorted
10 .PP
11 samtools index aln.sorted.bam
12 .PP
13 samtools view aln.sorted.bam chr2:20,100,000-20,200,000
14 .PP
15 samtools merge out.bam in1.bam in2.bam in3.bam
16 .PP
17 samtools faidx ref.fasta
18 .PP
19 samtools pileup -f ref.fasta aln.sorted.bam
20 .PP
21 samtools tview aln.sorted.bam ref.fasta
22
23 .SH DESCRIPTION
24 .PP
25 Samtools is a set of utilities that manipulate alignments in the BAM
26 format. It imports from and exports to the SAM (Sequence Alignment/Map)
27 format, does sorting, merging and indexing, and allows to retrieve reads
28 in any regions swiftly.
29
30 Samtools is designed to work on a stream. It regards an input file `-'
31 as the standard input (stdin) and an output file `-' as the standard
32 output (stdout). Several commands can thus be combined with Unix
33 pipes. Samtools always output warning and error messages to the standard
34 error output (stderr).
35
36 Samtools is also able to open a BAM (not SAM) file on a remote FTP or
37 HTTP server if the BAM file name starts with `ftp://' or `http://'.
38 Samtools checks the current working directory for the index file and
39 will download the index upon absence. Samtools does not retrieve the
40 entire alignment file unless it is asked to do so.
41
42 .SH COMMANDS AND OPTIONS
43
44 .TP 10
45 .B import
46 samtools import <in.ref_list> <in.sam> <out.bam>
47
48 Since 0.1.4, this command is an alias of:
49
50 samtools view -bt <in.ref_list> -o <out.bam> <in.sam>
51
52 .TP
53 .B sort
54 samtools sort [-n] [-m maxMem] <in.bam> <out.prefix>
55
56 Sort alignments by leftmost coordinates. File
57 .I <out.prefix>.bam
58 will be created. This command may also create temporary files
59 .I <out.prefix>.%d.bam
60 when the whole alignment cannot be fitted into memory (controlled by
61 option -m).
62
63 .B OPTIONS:
64 .RS
65 .TP 8
66 .B -n
67 Sort by read names rather than by chromosomal coordinates
68 .TP
69 .B -m INT
70 Approximately the maximum required memory. [500000000]
71 .RE
72
73 .TP
74 .B merge
75 samtools merge [-h inh.sam] [-n] <out.bam> <in1.bam> <in2.bam> [...]
76
77 Merge multiple sorted alignments.
78 The header reference lists of all the input BAM files, and the @SQ headers of
79 .IR inh.sam ,
80 if any, must all refer to the same set of reference sequences.
81 The header reference list and (unless overridden by
82 .BR -h )
83 `@' headers of
84 .I in1.bam
85 will be copied to
86 .IR out.bam ,
87 and the headers of other files will be ignored.
88
89 .B OPTIONS:
90 .RS
91 .TP 8
92 .B -h FILE
93 Use the lines of
94 .I FILE
95 as `@' headers to be copied to
96 .IR out.bam ,
97 replacing any header lines that would otherwise be copied from
98 .IR in1.bam .
99 .RI ( FILE
100 is actually in SAM format, though any alignment records it may contain
101 are ignored.)
102 .TP
103 .B -n
104 The input alignments are sorted by read names rather than by chromosomal
105 coordinates
106 .RE
107
108 .TP
109 .B index
110 samtools index <aln.bam>
111
112 Index sorted alignment for fast random access. Index file
113 .I <aln.bam>.bai
114 will be created.
115
116 .TP
117 .B view
118 samtools view [-bhuHS] [-t in.refList] [-o output] [-f reqFlag] [-F
119 skipFlag] [-q minMapQ] [-l library] [-r readGroup] <in.bam>|<in.sam> [region1 [...]]
120
121 Extract/print all or sub alignments in SAM or BAM format. If no region
122 is specified, all the alignments will be printed; otherwise only
123 alignments overlapping the specified regions will be output. An
124 alignment may be given multiple times if it is overlapping several
125 regions. A region can be presented, for example, in the following
126 format: `chr2' (the whole chr2), `chr2:1000000' (region starting from
127 1,000,000bp) or `chr2:1,000,000-2,000,000' (region between 1,000,000 and
128 2,000,000bp including the end points). The coordinate is 1-based.
129
130 .B OPTIONS:
131 .RS
132 .TP 8
133 .B -b
134 Output in the BAM format.
135 .TP
136 .B -u
137 Output uncompressed BAM. This option saves time spent on
138 compression/decomprssion and is thus preferred when the output is piped
139 to another samtools command.
140 .TP
141 .B -h
142 Include the header in the output.
143 .TP
144 .B -H
145 Output the header only.
146 .TP
147 .B -S
148 Input is in SAM. If @SQ header lines are absent, the
149 .B `-t'
150 option is required.
151 .TP
152 .B -t FILE
153 This file is TAB-delimited. Each line must contain the reference name
154 and the length of the reference, one line for each distinct reference;
155 additional fields are ignored. This file also defines the order of the
156 reference sequences in sorting. If you run `samtools faidx <ref.fa>',
157 the resultant index file
158 .I <ref.fa>.fai
159 can be used as this
160 .I <in.ref_list>
161 file.
162 .TP
163 .B -o FILE
164 Output file [stdout]
165 .TP
166 .B -f INT
167 Only output alignments with all bits in INT present in the FLAG
168 field. INT can be in hex in the format of /^0x[0-9A-F]+/ [0]
169 .TP
170 .B -F INT
171 Skip alignments with bits present in INT [0]
172 .TP
173 .B -q INT
174 Skip alignments with MAPQ smaller than INT [0]
175 .TP
176 .B -l STR
177 Only output reads in library STR [null]
178 .TP
179 .B -r STR
180 Only output reads in read group STR [null]
181 .RE
182
183 .TP
184 .B faidx
185 samtools faidx <ref.fasta> [region1 [...]]
186
187 Index reference sequence in the FASTA format or extract subsequence from
188 indexed reference sequence. If no region is specified,
189 .B faidx
190 will index the file and create
191 .I <ref.fasta>.fai
192 on the disk. If regions are speficified, the subsequences will be
193 retrieved and printed to stdout in the FASTA format. The input file can
194 be compressed in the
195 .B RAZF
196 format.
197
198 .TP
199 .B pileup
200 samtools pileup [-f in.ref.fasta] [-t in.ref_list] [-l in.site_list]
201 [-iscgS2] [-T theta] [-N nHap] [-r pairDiffRate] <in.bam>|<in.sam>
202
203 Print the alignment in the pileup format. In the pileup format, each
204 line represents a genomic position, consisting of chromosome name,
205 coordinate, reference base, read bases, read qualities and alignment
206 mapping qualities. Information on match, mismatch, indel, strand,
207 mapping quality and start and end of a read are all encoded at the read
208 base column. At this column, a dot stands for a match to the reference
209 base on the forward strand, a comma for a match on the reverse strand,
210 `ACGTN' for a mismatch on the forward strand and `acgtn' for a mismatch
211 on the reverse strand. A pattern `\\+[0-9]+[ACGTNacgtn]+' indicates
212 there is an insertion between this reference position and the next
213 reference position. The length of the insertion is given by the integer
214 in the pattern, followed by the inserted sequence. Similarly, a pattern
215 `-[0-9]+[ACGTNacgtn]+' represents a deletion from the reference. The
216 deleted bases will be presented as `*' in the following lines. Also at
217 the read base column, a symbol `^' marks the start of a read segment
218 which is a contiguous subsequence on the read separated by `N/S/H' CIGAR
219 operations. The ASCII of the character following `^' minus 33 gives the
220 mapping quality. A symbol `$' marks the end of a read segment.
221
222 If option
223 .B -c
224 is applied, the consensus base, Phred-scaled consensus quality, SNP
225 quality (i.e. the Phred-scaled probability of the consensus being
226 identical to the reference) and root mean square (RMS) mapping quality
227 of the reads covering the site will be inserted between the `reference
228 base' and the `read bases' columns. An indel occupies an additional
229 line. Each indel line consists of chromosome name, coordinate, a star,
230 the genotype, consensus quality, SNP quality, RMS mapping quality, #
231 covering reads, the first alllele, the second allele, # reads supporting
232 the first allele, # reads supporting the second allele and # reads
233 containing indels different from the top two alleles.
234
235 .B OPTIONS:
236 .RS
237
238 .TP 10
239 .B -s
240 Print the mapping quality as the last column. This option makes the
241 output easier to parse, although this format is not space efficient.
242
243 .TP
244 .B -S
245 The input file is in SAM.
246
247 .TP
248 .B -i
249 Only output pileup lines containing indels.
250
251 .TP
252 .B -f FILE
253 The reference sequence in the FASTA format. Index file
254 .I FILE.fai
255 will be created if
256 absent.
257
258 .TP
259 .B -M INT
260 Cap mapping quality at INT [60]
261
262 .TP
263 .B -t FILE
264 List of reference names ane sequence lengths, in the format described
265 for the
266 .B import
267 command. If this option is present, samtools assumes the input
268 .I <in.alignment>
269 is in SAM format; otherwise it assumes in BAM format.
270
271 .TP
272 .B -l FILE
273 List of sites at which pileup is output. This file is space
274 delimited. The first two columns are required to be chromosome and
275 1-based coordinate. Additional columns are ignored. It is
276 recommended to use option
277 .B -s
278 together with
279 .B -l
280 as in the default format we may not know the mapping quality.
281
282 .TP
283 .B -c
284 Call the consensus sequence using MAQ consensus model. Options
285 .B -T,
286 .B -N,
287 .B -I
288 and
289 .B -r
290 are only effective when
291 .B -c
292 or
293 .B -g
294 is in use.
295
296 .TP
297 .B -g
298 Generate genotype likelihood in the binary GLFv3 format. This option
299 suppresses -c, -i and -s.
300
301 .TP
302 .B -T FLOAT
303 The theta parameter (error dependency coefficient) in the maq consensus
304 calling model [0.85]
305
306 .TP
307 .B -N INT
308 Number of haplotypes in the sample (>=2) [2]
309
310 .TP
311 .B -r FLOAT
312 Expected fraction of differences between a pair of haplotypes [0.001]
313
314 .TP
315 .B -I INT
316 Phred probability of an indel in sequencing/prep. [40]
317
318 .RE
319
320 .TP
321 .B tview
322 samtools tview <in.sorted.bam> [ref.fasta]
323
324 Text alignment viewer (based on the ncurses library). In the viewer,
325 press `?' for help and press `g' to check the alignment start from a
326 region in the format like `chr10:10,000,000'.
327
328 .TP
329 .B fixmate
330 samtools fixmate <in.nameSrt.bam> <out.bam>
331
332 Fill in mate coordinates, ISIZE and mate related flags from a
333 name-sorted alignment.
334
335 .TP
336 .B rmdup
337 samtools rmdup <input.srt.bam> <out.bam>
338
339 Remove potential PCR duplicates: if multiple read pairs have identical
340 external coordinates, only retain the pair with highest mapping quality.
341 This command
342 .B ONLY
343 works with FR orientation and requires ISIZE is correctly set.
344
345 .TP
346 .B rmdupse
347 samtools rmdupse <input.srt.bam> <out.bam>
348
349 Remove potential duplicates for single-ended reads. This command will
350 treat all reads as single-ended even if they are paired in fact.
351
352 .TP
353 .B fillmd
354 samtools fillmd [-e] <aln.bam> <ref.fasta>
355
356 Generate the MD tag. If the MD tag is already present, this command will
357 give a warning if the MD tag generated is different from the existing
358 tag.
359
360 .B OPTIONS:
361 .RS
362 .TP 8
363 .B -e
364 Convert a the read base to = if it is identical to the aligned reference
365 base. Indel caller does not support the = bases at the moment.
366
367 .RE
368
369 .SH SAM FORMAT
370
371 SAM is TAB-delimited. Apart from the header lines, which are started
372 with the `@' symbol, each alignment line consists of:
373
374 .TS
375 center box;
376 cb | cb | cb
377 n | l | l .
378 Col     Field   Description
379 _
380 1       QNAME   Query (pair) NAME
381 2       FLAG    bitwise FLAG
382 3       RNAME   Reference sequence NAME
383 4       POS     1-based leftmost POSition/coordinate of clipped sequence
384 5       MAPQ    MAPping Quality (Phred-scaled)
385 6       CIAGR   extended CIGAR string
386 7       MRNM    Mate Reference sequence NaMe (`=' if same as RNAME)
387 8       MPOS    1-based Mate POSistion
388 9       ISIZE   Inferred insert SIZE
389 10      SEQ     query SEQuence on the same strand as the reference
390 11      QUAL    query QUALity (ASCII-33 gives the Phred base quality)
391 12      OPT     variable OPTional fields in the format TAG:VTYPE:VALUE
392 .TE
393
394 .PP
395 Each bit in the FLAG field is defined as:
396
397 .TS
398 center box;
399 cb | cb
400 l | l .
401 Flag    Description
402 _
403 0x0001  the read is paired in sequencing
404 0x0002  the read is mapped in a proper pair
405 0x0004  the query sequence itself is unmapped
406 0x0008  the mate is unmapped
407 0x0010  strand of the query (1 for reverse)
408 0x0020  strand of the mate
409 0x0040  the read is the first read in a pair
410 0x0080  the read is the second read in a pair
411 0x0100  the alignment is not primary
412 0x0200  the read fails platform/vendor quality checks
413 0x0400  the read is either a PCR or an optical duplicate
414 .TE
415
416 .SH LIMITATIONS
417 .PP
418 .IP o 2
419 Unaligned words used in bam_import.c, bam_endian.h, bam.c and bam_aux.c.
420 .IP o 2
421 CIGAR operation P is not properly handled at the moment.
422 .IP o 2
423 In merging, the input files are required to have the same number of
424 reference sequences. The requirement can be relaxed. In addition,
425 merging does not reconstruct the header dictionaries
426 automatically. Endusers have to provide the correct header. Picard is
427 better at merging.
428 .IP o 2
429 Samtools' rmdup does not work for single-end data and does not remove
430 duplicates across chromosomes. Picard is better.
431
432 .SH AUTHOR
433 .PP
434 Heng Li from the Sanger Institute wrote the C version of samtools. Bob
435 Handsaker from the Broad Institute implemented the BGZF library and Jue
436 Ruan from Beijing Genomics Institute wrote the RAZF library. Various
437 people in the 1000Genomes Project contributed to the SAM format
438 specification.
439
440 .SH SEE ALSO
441 .PP
442 Samtools website: <http://samtools.sourceforge.net>