生物信息學(xué)基因組分析演示文稿

生物信息學(xué)基因組分析演示文稿第一頁，共五十五頁。生物信息學(xué)基因組分析第二頁，共五十五頁?；蚪M、轉(zhuǎn)錄組和蛋白質(zhì)組基因組轉(zhuǎn)錄組蛋白質(zhì)組化學(xué)生物學(xué)第三頁，共五十五頁。本章內(nèi)容提要1.基因組的結(jié)構(gòu)與內(nèi)容2.基因組注釋3.比較基因組學(xué)4.基因/蛋白質(zhì)的功能預(yù)測第四頁，共五十五頁。1.基因組的結(jié)構(gòu)與內(nèi)容(1)基因的結(jié)構(gòu)(2)mRNA：可變剪切(3)蛋白質(zhì)：翻譯后修飾(4)相互作用網(wǎng)絡(luò)：基因、蛋白質(zhì)、小分子之間的相互作用(5)非編碼區(qū)a.功能元件:轉(zhuǎn)錄因子結(jié)合位點(diǎn)；啟動(dòng)子…b.Non-codingRNA:MicroRNAc.轉(zhuǎn)座子d.重復(fù)片段e.偽基因(Pseudogene)第五頁，共五十五頁。(1)基因的結(jié)構(gòu)第六頁，共五十五頁?；蚪M大小&基因數(shù)第七頁，共五十五頁?；驍?shù)量->生物復(fù)雜性？1.基因數(shù)量的變化，無法解釋生物學(xué)功能、調(diào)控機(jī)理以及物種多樣性和復(fù)雜性的巨大變化2.當(dāng)前解釋：蛋白質(zhì)組的多樣性和復(fù)雜性->物種的多樣性和復(fù)雜性；~10,000,000種蛋白質(zhì)分子3.兩種觀點(diǎn)：a.

轉(zhuǎn)錄后層面，mRNA剪切，產(chǎn)生拼接異構(gòu)體b.

蛋白質(zhì)層面，蛋白質(zhì)序列上一個(gè)或多個(gè)位點(diǎn)上發(fā)生的翻譯后修飾第八頁，共五十五頁。GenotypetoPhenotype第九頁，共五十五頁。isoform1isoform2isoform3mRNASplicing轉(zhuǎn)錄后層面：mRNASplicing第十頁，共五十五頁。PhosphorylationSumoylationPalmitoylationAcetylationUbiquitination蛋白質(zhì)層面：翻譯后修飾第十一頁，共五十五頁。(4)相互作用網(wǎng)絡(luò)蛋白質(zhì)-蛋白質(zhì)相互作用網(wǎng)絡(luò)第十二頁，共五十五頁。細(xì)胞信號(hào)通路G1/S檢驗(yàn)點(diǎn)：有調(diào)控方向第十三頁，共五十五頁。(5)非編碼區(qū)a.功能元件:轉(zhuǎn)錄因子結(jié)合位點(diǎn)；啟動(dòng)子…b.Non-codingRNA:MicroRNAc.轉(zhuǎn)座子d.重復(fù)片段e.偽基因(Pseudogene)第十四頁，共五十五頁。Functionalelements:Promotor第十五頁，共五十五頁。TranscriptionFactorBindingSiteCRM:cis-regulatorymodules第十六頁，共五十五頁。Gal4pandKruppelGal4pKruppel第十七頁，共五十五頁。其他功能元件Exonsplicingenhancer(ESE)andsilencer(ESS)Intronsplicingenhancer(ISE)andsilencer(ISS)第十八頁，共五十五頁。Non-codingRNA1.不翻譯成蛋白質(zhì)，具有重要的調(diào)控功能2.分類：a.transferRNA(tRNA)b.ribosomalRNA(rRNA)c.snoRNAs,d.microRNAs,e.siRNAsf.piRNAs:與piwi相互作用的RNAg.longncRNAs:Xist…第十九頁，共五十五頁。tRNA&rRNA第二十頁，共五十五頁。snoRNAssnoRNAs:SmallnucleolarRNAs;介導(dǎo)其他RNA分子的化學(xué)修飾，例如甲基化第二十一頁，共五十五頁。microRNA/miRNA1.長度21-23bp2.調(diào)控基因的表達(dá)3.pre-miRNA:~70bp第二十二頁，共五十五頁。Transposon轉(zhuǎn)座子：在基因組中能夠移動(dòng)位置的DNA序列第二十三頁，共五十五頁。2.基因組注釋(1)基因組序列的拼裝(2)基因預(yù)測(3)可變剪切的預(yù)測(4)非編碼的功能元件的預(yù)測第二十四頁，共五十五頁。(1)基因組測序：鳥槍法第二十五頁，共五十五頁?；蚪M的拼裝第二十六頁，共五十五頁。重復(fù)序列帶來干擾第二十七頁，共五十五頁。(2)基因預(yù)測直接的，序列高度匹配同一或近緣物種中，與EST，cDNA,蛋白質(zhì)等序列完美或近似完美的匹配間接的，基于統(tǒng)計(jì)學(xué)的序列比對(duì)(Homology)從頭預(yù)測(abinitio)以上兩種方法的結(jié)合第二十八頁，共五十五頁。真核生物的基因結(jié)構(gòu)5’3’3’5’

~1-100Mbp5’3’3’5’…………

~1-1000kbpexons(cds

&

utr)/introns(~102-103bp)(~102-105bp)Polyadenylationsitepromoter(~103bp)enhancers(~101-102bp)otherregulatorysequences(~101-102bp)第二十九頁，共五十五頁。基因的其他特征1.ORF(OpenReadingFrame):從AUG開始，至stopcodon終止2.CodonUsage:CAI…第三十頁，共五十五頁。HMMmodelforGenePrediction(Genie)Kulp,D.,PhDThesis,UCSC2003第三十一頁，共五十五頁。(3)可變剪切的預(yù)測將EST,cDNA序列比對(duì)到基因組上第三十二頁，共五十五頁。部分有向圖算法第三十三頁，共五十五頁。3.比較基因組學(xué)(1)有功能的通常保守(2)例：SUMO底物的預(yù)測：a.SUMO化位點(diǎn)存在ψ-K-X-E模體b.核定位信號(hào)(NLS)c.人和小鼠中，SUMO化位點(diǎn)應(yīng)當(dāng)保守d.功能分析：GeneOntology(3)分析結(jié)果：a.2,683個(gè)人-小鼠保守的SUMO化底物b.SUMO化的功能：參與轉(zhuǎn)錄調(diào)控、信號(hào)轉(zhuǎn)導(dǎo)等第三十四頁，共五十五頁。GeneOntology：基因本體論1.描述基因/蛋白質(zhì)的功能2.三類術(shù)語(Term):a.Cellularcomponent:在哪里？b.Biologicalprocess:干什么？c.Molecularfunction：我是誰？第三十五頁，共五十五頁。GeneOntology：基因本體論第三十六頁，共五十五頁。第三十七頁，共五十五頁。功能顯著性分析：超幾何分布第三十八頁，共五十五頁。第三十九頁，共五十五頁。轉(zhuǎn)錄因子Inhumanproteome:

DNAbinding(GO:0003677):2,255Transcriptionfactoractivity(GO:0003700):1,102regulationoftranscription,DNA-dependent(GO:0006355):2,174InSUMOSubstrates:DNAbinding(GO:0003677):530Transcriptionfactoractivity(GO:0003700):304regulationoftranscription,DNA-dependent(GO:0006355):510因此，可以估計(jì)1/4~1/3的轉(zhuǎn)錄因子受到SUMO化的調(diào)控第四十頁，共五十五頁。4.基因/蛋白質(zhì)的功能預(yù)測(1)一級(jí)序列的比較：相似的序列具有相似的功能(2)保守的功能結(jié)構(gòu)域：保守的功能(3)三級(jí)結(jié)構(gòu)的比較：相似的結(jié)構(gòu)具有相似的功能(4)蛋白質(zhì)相互作用的預(yù)測第四十一頁，共五十五頁。(1)一級(jí)序列的比較1.同源物的鑒定：不同物種中的直系、旁系同源物的預(yù)測2.主要工具：BLAST第四十二頁，共五十五頁。(2)保守的功能結(jié)構(gòu)域1.保守的功能結(jié)構(gòu)域：保守的功能2.常用工具：工具網(wǎng)址Interprohttp://www.ebi.ac.uk/interpro/Pfamhttp://pfam.sanger.ac.uk/SMARThttp://smart.embl.de/PROSITE/prosite/ProDomhttp://prodom.prabi.fr/prodom/current/html/home.phpCDD/Structure/cdd/wrpsb.cgi第四十三頁，共五十五頁。例：Nek2第四十四頁，共五十五頁。(3)三級(jí)結(jié)構(gòu)的比較1.Ubiquitin:泛素，主要負(fù)責(zé)蛋白質(zhì)的降解2.SUMO：小的類泛素蛋白質(zhì)，基因轉(zhuǎn)錄&信號(hào)通路3.催化反應(yīng)通路的分子機(jī)制相似4.序列相似性：不顯著！第四十五頁，共五十五頁。Ubiquitinvs.SUMO第四十六頁，共五十五頁。序列相似性：~20%第四十七頁，共五十五頁。結(jié)構(gòu)相似性SUMOUbiquitin第四十八頁，共五十五頁。(4)蛋白質(zhì)相互作用的預(yù)測1.基因組信息(Genomicinformation)A.GenefusionandfissionB.Conservationofgeneorder/bidirectionalpairsC.Phylogeneticprofile2.關(guān)聯(lián)的序列特征(Correlatedsequencesignatures)3.mRNAco-expression4.Literaturemining第四十九頁，共五十五頁。Genefusion/fission:RosettaStoneABABQueryproteinLinkedproteinRosettaproteinMarcotteEMetal.,Science1999,285:751-753;EnrightAJetal.,Nature,1999,402:86-90GenomeAGenomeB第五十頁，共五十五頁。Conservationofgeneorder/bidirectionalpairsGeneorderpairsBidirectionaltranscribedgenepairsDandekarTetal.,TIBS,1998,23:324-328;OverbeekRetal.,PNAS,1999,96:2896-2901;KorbelJOetal.,NBT,2004,22:911-917第五十一頁，共五十五頁。PhylogeneticprofilesPellegriniMetal.,PNAS,1999,96:4