A critical step of genome sequence analysis is the mapping of sequenced DNA fragments (i.e., reads) collected from an individual to a known linear reference genome sequence (i.e., sequence-to-sequence mapping). Recent works replace the linear reference sequence with a graph-based representation of the reference genome, which captures the genetic variations and diversity across many individuals in a population. Mapping reads to the graph-based reference genome (i.e., sequence-to-graph mapping) results in notable quality improvements in genome analysis. Unfortunately, while sequence-to-sequence mapping is well studied with many available tools and accelerators, sequence-to-graph mapping is a more difficult computational problem, with a much smaller number of practical software tools currently available. We analyze two state-of-the-art sequence-to-graph mapping tools and reveal four key issues. We find that there is a pressing need to have a specialized, high-performance, scalable, and low-cost algorithm/hardware co-design that alleviates bottlenecks in both the seeding and alignment steps of sequence-to-graph mapping. To this end, we propose SeGraM, a universal algorithm/hardware co-designed genomic mapping accelerator that can effectively and efficiently support both sequence-to-graph mapping and sequence-to-sequence mapping, for both short and long reads. To our knowledge, SeGraM is the first algorithm/hardware co-design for accelerating sequence-to-graph mapping. SeGraM consists of two main components: (1) MinSeed, the first minimizer-based seeding accelerator; and (2) BitAlign, the first bitvector-based sequence-to-graph alignment accelerator. We demonstrate that SeGraM provides significant improvements for multiple steps of the sequence-to-graph and sequence-to-sequence mapping pipelines.


翻译:基因组序列分析的关键步骤是绘制基因组分析的序列DNA碎片(即,读取),从个人收集到已知的线性参考基因组序列(即,从序列到序列的绘图)的绘图。最近的工作用参考基因组的图形表示取代线性参考序列,以图表形式显示许多人口中个人的基因变异和多样性。绘图读到基于图形的参考基因组(即,从序列到绘图),从而在基因组分析中取得显著的质量改进。不幸的是,虽然通过许多可用的工具和加速器和已知的线性参考基因组序列(即,从序列到序列的绘图)。最近的工作用参考基因组的图表表示线性参考序列序列序列,以图表为基础的基因组(即,从序列到绘图到绘图的顺序),并揭示四个关键问题。我们发现,迫切需要有一个专业化的、高性能、最短性能和低成本的算法/硬性能改进。 (一) 测序到测序和测序-测算-测算-测算-第一个测算-第一个测算-第一个测算-第一个测算-先测算/测算-先测算-测算/测算-先测算-先测算-测算-先测算和两个测算-测序-测算-测算-先测算/测算-先测算/测算/测算-先测算和后算。

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这个新版本的工具会议系列恢复了从1989年到2012年的50个会议的传统。工具最初是“面向对象语言和系统的技术”,后来发展到包括软件技术的所有创新方面。今天许多最重要的软件概念都是在这里首次引入的。2019年TOOLS 50+1在俄罗斯喀山附近举行,以同样的创新精神、对所有与软件相关的事物的热情、科学稳健性和行业适用性的结合以及欢迎该领域所有趋势和社区的开放态度,延续了该系列。 官网链接:http://tools2019.innopolis.ru/
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