【BWAの使い方】ゲノム解析におけるマッピング

更新日: 2026/2/15

はじめに

BWA（Burrows-Wheeler Aligner）は、次世代シーケンサーから得られたリード配列（FASTQファイル）を参照ゲノム配列にマッピングするためのソフトウェアです。 BWAはDNAシーケンスデータのマッピングに広く使用されており、特にゲノムリシーケンスやChIP-Seq解析などでよく使われています。

BWAにはいくつかのアルゴリズムが含まれています。

BWA-backtrack: 100bp以下のIlluminaリードに適したアルゴリズムです。
BWA-SW: 70bp〜1Mbpのリードに対応しており、ロングリードやスプリットアライメントをサポートしています。
BWA-MEM: 70bp〜1Mbpのリードに対応しており、BWA-SWと同様にロングリードやスプリットアライメントをサポートしつつ、より高速・高精度です。70-100bpのIlluminaリードに対してもBWA-backtrackより高いパフォーマンスを発揮するため、現在最も推奨されているアルゴリズムです。

本ページでは、現在最もよく使われるBWA-MEMの使い方を中心に説明します。

RNA-Seqにおけるマッピングには、スプライスジャンクションを考慮したHISAT2やSTARが一般的に使用されます。BWAはスプライスジャンクションを考慮しないため、全ゲノムシーケンス（WGS）やエクソームシーケンス、ChIP-Seqなど、DNAシーケンスデータのマッピングに主に使用されます。

インストール

Bioconda経由でインストールできます。

$ conda install -c bioconda bwa

ヘルプを表示してみます。

$ bwa

以下のように表示されればインストール成功です。

Program: bwa (alignment via Burrows-Wheeler transformation) Version: 0.7.17-r1188 Contact: Heng Li <lh3@sanger.ac.uk> Usage: bwa <command> [options] Command: index index sequences in the FASTA format mem BWA-MEM algorithm fastmap identify super-maximal exact matches pemerge merge overlapping paired ends (EXPERIMENTAL) aln gapped/ungapped alignment samse generate alignment (single ended) sampe generate alignment (paired ended) bwasw BWA-SW for long queries shm manage indices in shared memory fa2pac convert FASTA to PAC format pac2bwt generate BWT from PAC pac2bwtgen alternative algorithm for generating BWT bwtupdate update .bwt to the new format bwt2sa generate SA from BWT and Occ Note: To use BWA, you need to first index the genome with `bwa index`. There are three alignment algorithms in BWA: `mem`, `bwasw`, and `aln/samse/sampe`. If you are not sure which to use, try `bwa mem` first. Please `man ./bwa.1` for the manual.

index作成

マッピングを行う前に、参照配列のindexを作成する必要があります。

$ bwa index genome.fa

genome.faはマッピングしたい参照配列のFASTAファイルです。

この操作によりgenome.fa.amb、genome.fa.ann、genome.fa.bwt、genome.fa.pac、genome.fa.saの5つのファイルが作成されます。 indexファイルは文字列を高速に検索するために必要なファイルで、BWAに限らずほぼすべてのマッピングソフトウェアにおいて事前作成が必要です。

マッピング（BWA-MEM）

以下のコマンドでペアエンドリードのマッピングを行います。

$ bwa mem -t 4 genome.fa reads1.fastq.gz reads2.fastq.gz > output.sam

-tオプションでスレッド数を指定しています。この操作によりSAMファイルが出力されます。

シングルエンドリードの場合は、FASTQファイルを1つだけ指定します。

$ bwa mem -t 4 genome.fa reads.fastq.gz > output.sam

出力されたSAMファイルは、BAMファイルに変換してソートしておくと便利なので以下の操作を行います。

$ samtools view -bS output.sam > output.bam $ samtools sort output.bam > output.sorted.bam $ samtools index output.sorted.bam

samtools indexで作成されるインデックスは、IGV等のゲノムブラウザでの閲覧や、多くの下流解析ツールで必要になります。

BWA-MEM2について

BWA-MEM2はBWA-MEMの後継ソフトウェアで、BWA-MEMよりも高速にマッピングを行うことができます。使い方はBWA-MEMとほぼ同様です。

Bioconda経由でインストールできます。

$ conda install -c bioconda bwa-mem2

index作成とマッピングは以下のように行います。

$ bwa-mem2 index genome.fa $ bwa-mem2 mem -t 4 genome.fa reads1.fastq.gz reads2.fastq.gz > output.sam

BWA-MEMと同じ結果が得られますが、処理速度が大幅に向上しています。特に大規模なデータを扱う場合にはBWA-MEM2の利用を検討すると良いでしょう。

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この記事の著者

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