**توالی یابی دنوو** (به انگلیسی: De novo sequence assemblers) روشی از توالی یابی ژنوم است که بدون داشتن ژنوم اولیه، قطعات کوتاه ("کانتیگ") توالی، قطعات بزرگ را تشکیل داده و توالی ژنوم یا ترانسکریپتوم را می‌سازند. به‌طور کلی دو روش حریصانه و گراف دی براین برای توالی یابی دنوو وجود دارند.

انواع روش‌های توالی یابی دنوو
-----------------------------

به‌طور کلی دو الگوریتم در توالی یاب‌های دنوو استفاده می‌شوند. روش الگوریتم حریصانه که در آن هدف پیدا کردن بهینه محلی و الگوریتم گراف دی براین که هدف پیدا کردن بهینه جهانی است. توالی یاب‌ها برای اهداف متفاوتی مانند توالی یابی ژنوم باکتری (توالی کوتاه)، توالی یابی ژنوم یوکاریوتها (توالی بلند) یا ترانسکریپتوم‌ها ساخته شده و مورد استفاده قرار می‌گیرند.

**توالی یاب‌هایی که از الگوریتم‌های حریصانه استفاده می‌کنند** بهینه محلی را با سامان‌دهی خوانده‌های کوچک می‌یابند. آن‌ها ابتدا فاصله دوبه‌دوی خواندهها را محاسبه کرده، خوانده‌ها را بر حسب فاصله آن‌ها خوشه‌بندی کرده، از خوانده‌ها کانتیگ‌ها را تولید کرده و این فرایند را چندین بار تکرار می‌کنند. اگر مجموعه خوانده‌ها بزرگ باشد، این الگوریتم‌ها به دلیل این که به بهینه جهانی نمی‌رسند، خوب عمل نمی‌کنند، در حالی که اگر تعداد ناحیه‌های تکراری در خوانده‌ها زیاد باشد، الگوریتم‌های فوق بهتر عمل می‌کنند. نخستین توالی یاب‌های دنوو از الگوریتم‌های حریصانه استفاده می‌کردند.

**توالی یاب‌هایی که از گراف استفاده می‌کنند** به دو دسته تقسیم می‌شوند. گراف رشته‌ای و گراف دی براین. این دو روش در سال ۱۹۹۴ در کارگاهی توسط واترمن و جین مایرز معرفی شدند. از بین این دو روش، استفاده روش گراف دی براین متداول‌تر است. در توالی یابی توسط گراف دی براین، خوانده‌ها به قطعات کوچک‌تری با طول یکسان k تقسیم می‌شوند. سپس از این k-تایی‌ها به عنوان یال‌های گراف دی براین استفاده می‌شود. گره‌های این گراف از تقسیم هر k-تایی به دو k - 1-تایی به دست می‌آیند. به این ترتیب گراف دی براین توسط توالی یاب ساخته می‌شود. این توالی یاب‌ها زمانی که تعداد خوانده‌ها زیاد باشند، بهتر از الگوریتم‌های حریصانه عمل می‌کنند.

مراحل طی شده در توالی یاب‌های دنوومراحل طی شده در توالی یاب‌های دنوو

فواید استفاده از توالی یاب‌های دنوو
-----------------------------------

با استفاده از توالی یاب دنوو می‌توان ژنوم‌های طولانی‌تر و پیچیده‌تر را توالی یابی کرد، زیرا این توالی یاب‌ها این امکان را می‌دهند که نواحی تکراری در ژنوم شناخته شوند. همچنین با استفاده از این نوع توالی یاب‌ها می‌توان ژنوم گونه‌های جدید را توالی یابی کرد. به علاوه با استفاده از آن‌ها می‌توان تغییرات ساختاری مانند اضافه شدن و حذف شدن نوکلئوتایدها را در ژنوم یک گونه شناسایی کرد.

توالی یابی قطعات جفت-انتهایی
----------------------------

قطعات جفت-انتهایی زمانی تولید می‌شوند که طول قطعات مورد استفاده در توالی یابی طولانی بوده (۲۵۰ تا ۵۰۰ نوکلئوتاید) و دو انتهای هر قطعه خوانده می‌شوند. به این ترتیب در هر قطعه، انتهای چپ، راست و فاصله بین این دو انتها را می‌دانیم. این فاصله معمولاً از یک توزیع نرمال با واریانس و میانگین مشخص پیروی می‌کند. دانستن دو انتها و فاصله بین آن دو به توالی یاب کمک کرده تا قطعات توالی داده را در کنار هم به درستی قرار دهد. با ایجاد تغییر در الگوریتم گراف دی براین می‌توان قطعات جفت-انتهایی را نیز توالی یابی کرد.

مراحل توالی یابی‌های دنوو
-------------------------

* خواندن داده خام توسط فناوری‌های توالی خوان
* بررسی کیفیت داده
* تمیز کردن داده
* تبدیل داده به کانتیگ‎ها و اسکافلد‎ها
* تعیین پارامترهای مورد استفاده در الگوریتم
* تعیین خروجی با استفاده از الگوریتم‌های مشخص

توالی یاب ول‌وت
---------------

توالی یاب ول‌وت در گراف دی براین، تنها از خوانده‌های بسیار کوتاه و خوانده‌های جفت-انتهایی استفاده می‌کند. خوانده‌های کوتاه معمولاً برای توالی یابی در گراف دی براین مناسب نیستند زیرا تعداد تکرار بالایی داشته و در گراف ابهام ایجاد می‌کنند. در روش ول‌وت گراف دی‌براین به گونه ای تغییر داده می‌شود تا خطاها کاهش یافته و تکرارها شناسایی شوند. این دو مرحله به صورت مستقل از هم اجرا می‌شوند. در ابتدا الگوریتم خطایابی ول‌وت توالی‌هایی را که به هم مربوط هستند با هم ادغام کرده و سپس الگوریتم تکرار یاب مسیرهایی که با هم، هم‌پوشانی دارند را از هم جدا می‌کند.

توالی یابی ترنسکریپتوم دنوو
---------------------------

گذردهی بالای آر ان ای تغییری اساسی در توالی یابی ژنوم گونه‌هایی ایجاده کرده‌است که ژنوم مرجع آن‌ها وجود ندارد یا ناقص است. این تغییر با استفاده از تحلیل ترنسکریپتوم آن‌ها به وجود آمده‌است. هدف این روش این است که تمامی مجموعه‌های رونوشت موجود در داده بدون داشتن ژنوم مرجع بازسازی شوند. نتیجه این توالی یاب‌ها تهیه داده اولیه برای شناسایی تمامی رونوشت‌های تولید شده و ایزوفرم‌های آن‌ها است.

توالی‌یاب‌های متدوال مورد استفاده
---------------------------------

توالی یاب‌های متفاوت برای فناوری‌های متفاوتی به کار می‌روند. خوانده‌های فناوری‌های نسل دوم معمولاً کوتاه‌تر بوده(۵۰ تا ۲۰۰ نوکلئوتاید) و احتمال خطایی برابر با ۲ تا ۵ درصد دارند. خوانده‌های فناوری‌های نسل سوم و چهارم اما طولانی‌تر بوده (هزار تا ده‌هزار نوکلئوتاید) و احتمال خطایی برابر با ۱۰ تا ۲۰ درصد دارند. به همین دلیل به الگوریتم‌های متفاوتی برای انواع خوانده‌ها و فناوری‌ها احتیاج است.

### الگوریتم SPAdes

این الگوریتم از یک گراف دی براین، که برای توالی‌یابی ژنوم‌های کوتاه‌تر مانند ژنوم باکتری، ساخته شده استفاده می‌کند.

### الگوریتم ری

به انگلیسی: Ray

این الگوریتم یک توالی یاب شامل موارد زیر است:

ری (توالی یاب دنوو تک ژنوم)، ری‌متا (توالی یاب دنوو متاژنوم)، جامعه ری (فراوانی میکروب و مشخصات طبقه‌بندی شده)، آنتولوژی ری (طبقه‌بندی آنتولوژی ژن)، نقشه‌بردار ری (محتوای ژن را بین نمونه‌های متخلف مقایسه می‌کند). ری همچنین دارای یک رابط در سطح وب به نام مرورگر ابری ری است.

### الگوریتم ABySS

یک توالی یاب دنوو موازی و جفت-انتهایی که برای توالی یابی ژنوم‌های طولانی از خوانده‌های کوتاه استفاده می‌شود. این توالی یاب شامل دو مدل ABySS(برای ژنوم) و Trans-ABySS (برای ترنسکریپتوم) است.

### الگوریتم ALLPATHS-LG

این توالی یاب نرم‌افزاریست که برای توالی یابی دنوو ژنوم‌های بزرگ و کوتاه مورد استفاده قرار می‌گیرد. این نرم‌افزار امکان بررسی تکرارها، تصحیح خطا و استفاده از کتابخانه‌های مرتبط را می‌دهد. این نرم‌افزار به صورت بهینه‌تری از حافظه استفاده کرده و نواحی با همپوشانی کمتر را نیز توالی یابی می‌کند.

### الگوریتم ترینتی

به انگلیسی: Trinity

این الگوریتم در سه مرحله توالی با کیفیت ترنسکریپتوم را تولید می‌کند. ۱) با استفاده از یک الگوریتم حریصانه پس از تولید کتابخانه ای از k-تایی‌ها، کانتیگ‌های ترنسکریپتوم ایجاد می‌کند. ۲) گراف دی براین این کانتیگ‌ها را تولید می‌کند. ۳) با استفاده از این گراف و وفق دادن آن با خوانده‌های اولیه، ترنسکریپ را تولید می‌کند.

### الگوریتم HGAP

این الگوریتم اولین توالی یاب خوانده‌های طولانی است که توسط گروه علوم بیولوژیکی اقیانوس آرام و مؤسسه ژنومیک مشترک ساخته شد.

### الگوریتم فالکن

به انگلیسی: Falcon

فالکن الگوریتمی است که توسط گروه علوم بیولوژیکی اقیانوس آرام برای توالی یابی خوانده‌های طولانی گونه‌های دیپلوئد طراحی شده‌است.

### الگوریتم کانو

به انگلیسی: Canu

این توالی یاب برای کار بر روی خوانده‌های طولای فناوری‌های نسل سوم و چهارم استفاده می‌شود. این توالی یاب در ادامه نسل توالی یاب سلرا است.

### الگوریتم هینج

به انگلیسی: Hinge

این توالی یاب نیز برای کار بر روی خوانده‌های طولای فناوری‌های نسل سوم و چهارم استفاده می‌شود، اما به‌طور کلی برای ژنوم‌های کوتاه‌تر میکروب‌ها طراحی شده‌است.

پانویس
------

1. ↑  J. Bang-Jensen; G. Gutin; A. Yeo (2004). "When the greedy algorithm fails". *Discrete Optimization*. **1** (2): 121–127. doi:10.1016/j.disopt.2004.03.007.
2. ↑  Peltola, Hannu; Söderlund, Hans; Ukkonen, Esko (1984-01-11). "SEQAID: a DNA sequence assembling program based on a mathematical model". *Nucleic Acids Research*. **12** (1Part1): 307–321. doi:10.1093/nar/12.1Part1.307. ISSN 0305-1048. PMC 321006. PMID 6320092.
3. ↑  Huang, Xiaoqiu (1992-09-01). "A contig assembly program based on sensitive detection of fragment overlaps". *Genomics*. **14** (1): 18–25. doi:10.1016/S0888-7543(05)80277-0. PMID 1427824.
4. ↑  Compeau, Phillip EC, Pavel A. Pevzner, and Glenn Tesler (2011). "How to apply de Bruijn graphs to genome assembly". *Nature Biotechnology*. **29** (11): 987–991. doi:10.1038/nbt.2023. PMC 5531759. PMID 22068540.`{{cite journal}}`: نگهداری یادکرد:استفاده از پارامتر نویسندگان (link)
5. ↑  "DIMACS Workshop on Combinatorial Methods for DNA Mapping and Sequencing". October 1994.
6. ↑  Idury, R. M.; Waterman, M. S. (1995-01-01). "A new algorithm for DNA sequence assembly". *Journal of Computational Biology: A Journal of Computational Molecular Cell Biology*. **2** (2): 291–306. CiteSeerX 10.1.1.79.6459. doi:10.1089/cmb.1995.2.291. ISSN 1066-5277. PMID 7497130.
7. ↑  Myers, E. W. (1995-01-01). "Toward simplifying and accurately formulating fragment assembly". *Journal of Computational Biology: A Journal of Computational Molecular Cell Biology*. **2** (2): 275–290. doi:10.1089/cmb.1995.2.275. ISSN 1066-5277. PMID 7497129.
8. ↑  What Is De Novo Sequencing?
9. 1 2  De novo Genome Assembly for Illumina Data
10. ↑  Zerbino, D. R.; Birney, E. "Velvet: Algorithms for de novo short read assembly using de Bruijn graphs". `{{cite journal}}`: Cite journal requires `|journal=` (help)
11. ↑  Bankevich, Anton; et al. (2012). "SPAdes: a new genome assembly algorithm and its applications to single-cell sequencing". *Journal of Computational Biology*. **19** (5): 455–477. doi:10.1089/cmb.2012.0021. PMC 3342519. PMID 22506599.
12. ↑  Boisvert, Sébastien, François Laviolette, and Jacques Corbeil (2010). "Ray: simultaneous assembly of reads from a mix of high-throughput sequencing technologies". *Journal of Computational Biology*. **17** (11): 1519–1533. doi:10.1089/cmb.2009.0238. PMC 3119603. PMID 20958248.`{{cite journal}}`: نگهداری یادکرد:استفاده از پارامتر نویسندگان (link)
13. ↑  Simpson, Jared T.; et al. (2009). "ABySS: a parallel assembler for short read sequence data". *Genome Research*. **19** (6): 1117–1123. doi:10.1101/gr.089532.108. PMC 2694472. PMID 19251739.
14. ↑  Birol, Inanç; et al. (2009). "De novo transcriptome assembly with ABySS". *Bioinformatics*. **25** (21): 2872–2877. doi:10.1093/bioinformatics/btp367. PMID 19528083.
15. ↑  «ALLPATHS-LG | High quality genome assembly from low cost data» (به انگلیسی). بایگانی‌شده از اصلی در ۲۵ ژوئیه ۲۰۱۹. دریافت‌شده در ۲۰۱۹-۰۷-۲۵.
16. ↑  Grabherr, Manfred G.; et al. (2011). "Full-length transcriptome assembly from RNA-Seq data without a reference genome". *Nature Biotechnology*. **29** (7): 644–652. doi:10.1038/nbt.1883. PMC 3571712. PMID 21572440.
17. ↑  Chin, Chen-Shan, David H. Alexander, Patrick Marks, Aaron A. Klammer, James Drake, Cheryl Heiner, Alicia Clum et al. "Nonhybrid, finished microbial genome assemblies from long-read SMRT sequencing data." Nature methods 10, no. 6 (2013): 563-569. Available online
18. ↑  Chin, Chen-Shan, Paul Peluso, Fritz J. Sedlazeck, Maria Nattestad, Gregory T. Concepcion, Alicia Clum, Christopher Dunn et al. "Phased diploid genome assembly with single-molecule real-time sequencing." *Nature methods* 13, no. 12 (2016): 1050-1054. Available here
19. ↑  Koren, Sergey, Brian P. Walenz, Konstantin Berlin, Jason R. Miller, Nicholas H. Bergman, and Adam M. Phillippy. "Canu: scalable and accurate long-read assembly via adaptive k-mer weighting and repeat separation." *Genome research* 27, no. 5 (2017): 722-736. Available here
20. ↑  Kamath, Govinda M. , Ilan Shomorony, Fei Xia, Thomas A. Courtade, and N. Tse David. "HINGE: long-read assembly achieves optimal repeat resolution." *Genome research* 27, no. 5 (2017): 747-756. Available here