06第六章 常用生物信息學數(shù)據(jù)庫簡介

第六章常用生物信息學數(shù)據(jù)庫簡介Bioinformatics一、引言二、生物信息學數(shù)據(jù)庫的簡介主要內(nèi)容三、生物信息學數(shù)據(jù)庫的檢索生物分子數(shù)據(jù)高速增長一、引言1.生物信息學數(shù)據(jù)庫產(chǎn)生生物分子數(shù)據(jù)高速增長

分子生物學及相關領域研究人員迅速獲得最新實驗數(shù)據(jù)

建立生物分子數(shù)據(jù)庫

2.生物分子數(shù)據(jù)庫分類（1）一級數(shù)據(jù)庫數(shù)據(jù)庫中的數(shù)據(jù)直接來源于實驗獲得的原始數(shù)據(jù)，只經(jīng)過簡單的歸類整理和注釋。（2）二級數(shù)據(jù)庫對原始生物分子數(shù)據(jù)進行整理、分類的結(jié)果，是在一級數(shù)據(jù)庫、實驗數(shù)據(jù)和理論分析的基礎上針對特定的應用目標而建立的。一級數(shù)據(jù)庫基因組數(shù)據(jù)庫—基因組數(shù)據(jù)來自基因組作圖核酸或蛋白質(zhì)序列數(shù)據(jù)庫—測序結(jié)構(gòu)數(shù)據(jù)庫—X射線衍射和核磁共振這些數(shù)據(jù)庫是分子生物學的基本數(shù)據(jù)資源，通常稱為基本數(shù)據(jù)庫、初始數(shù)據(jù)庫，也稱一次數(shù)據(jù)庫。

國際上著名的一級核酸數(shù)據(jù)庫有Genbank、EMBL和DDBJ；蛋白質(zhì)序列數(shù)據(jù)庫有UniPROT和PIR等；蛋白質(zhì)結(jié)構(gòu)庫有PDB等。二級數(shù)據(jù)庫它是根據(jù)生命科學不同研究領域的實際需要，對基因組圖譜、核酸和蛋白質(zhì)序列、蛋白質(zhì)結(jié)構(gòu)以及文獻等數(shù)據(jù)進行分析、整理、歸納、注釋，構(gòu)建具有特殊生物學意義和專門用途的數(shù)據(jù)庫。

國際上二級生物學數(shù)據(jù)庫非常多，它們因針對不同的研究內(nèi)容和需要而各具特色，如轉(zhuǎn)錄因子和結(jié)合位點庫TRANSFAC、蛋白質(zhì)結(jié)構(gòu)家族分類庫SCOP等。生物信息學工具染色體核酸蛋白質(zhì)基因組圖譜DNA序列蛋白質(zhì)序列蛋白質(zhì)結(jié)構(gòu)基因組數(shù)據(jù)庫核酸序列數(shù)據(jù)庫蛋白質(zhì)序列數(shù)據(jù)庫蛋白質(zhì)結(jié)構(gòu)數(shù)據(jù)庫二級數(shù)據(jù)庫基因組作圖序列測定結(jié)構(gòu)測定一級數(shù)據(jù)庫一級數(shù)據(jù)庫的數(shù)據(jù)量大，更新速度快，用戶面廣，通常需要高性能的計算機服務器、大容量的磁盤空間和專門的數(shù)據(jù)庫管理系統(tǒng)支撐。二級數(shù)據(jù)庫的容量則小得多，更新速度也不像一次數(shù)據(jù)庫那樣快，也可以不用大型商業(yè)數(shù)據(jù)庫軟件支持，這類針對不同問題開發(fā)的二次數(shù)據(jù)庫的最大特點是使用方便，特別適用于計算機使用經(jīng)驗不太豐富的生物學家。（1）數(shù)據(jù)庫的更新速度快，數(shù)據(jù)量呈指數(shù)增長；（2）數(shù)據(jù)庫使用頻率增長快；（3）數(shù)據(jù)庫的復雜程度不斷增加；（4）數(shù)據(jù)庫網(wǎng)絡化；（5）面向應用；（6）先進的軟硬件配置。3.生物信息數(shù)據(jù)庫6個明顯的特征二、生物信息學數(shù)據(jù)庫簡介國際上權(quán)威的核酸序列數(shù)據(jù)庫：（1）GenBank/Web/Genbank/index.html

（2）EMBL

http://www.embl-heidelberg.de

（3）DDBJ

http://www.ddbj.nig.ac.jp/（一）核酸序列數(shù)據(jù)庫三個數(shù)據(jù)庫都是綜合性的DNA和RNA序列數(shù)據(jù)庫，每條記錄代表一個單獨、連續(xù)、附有注釋的DNA或RNA片段。三個數(shù)據(jù)庫中的數(shù)據(jù)基本一致，僅在數(shù)據(jù)格式上有所差別，對于特定的查詢，三個數(shù)據(jù)庫的響應結(jié)果一樣。GenBankDDBJEMBLGenBank數(shù)據(jù)庫簡介GenBank數(shù)據(jù)庫是由美國生物技術信息中心（NationalCenterforBiotechnologyInformation,

NCBI）維護的一級核酸序列數(shù)據(jù)庫。GenBank數(shù)據(jù)庫的數(shù)據(jù)來源有三種：1、直接來源于測序工作者提交的序列；2、與其它數(shù)據(jù)機構(gòu)協(xié)作交換的數(shù)據(jù)；3、美國專利局提供的專利數(shù)據(jù)。美國馬里蘭州的貝塞斯達

美國國家生物技術信息中心NCBI是美國國家醫(yī)學圖書館(NLM)的一部分。建立于1988年。NCBI保管GenBank的基因測序數(shù)據(jù)和Medline的生物醫(yī)學研究論文索引。所有的這些數(shù)據(jù)庫都可以通過Entrez搜索引擎在線訪問。核酸序列數(shù)據(jù)庫檢索界面：特征欄提供輔助檢索功能LOCUSU000964639221bpDNAcircularBCT18-NOV-1998DEFINITIONEscherichiacoliK-12MG1655completegenome.ACCESSIONU00096KEYWORDS.SOURCEEscherichiacoli.ORGANISMEscherichiacoliBacteria;Proteobacteria;gammasubdivision;Enterobacteriaceae;Escherichia.REFERENCE1(bases1to4639221)AUTHORSBlattner,F.R.,Plunkett,G.III,Bloch,C.A.,Perna,N.T.,Burland,V.,…TITLEThecompletegenomesequenceofEscherichiacoliK-12JOURNALScience277(5331),1453-1474(1997)MEDLINE97426617…COMMENTThissequencewasdeterminedbytheE.coliGenomeProjectattheUniversityofWisconsin-Madison(FrederickR.Blattner,director).SupportedbyNIHgrantsHG00301andHG01428(fromHumanGenomeProjectandNCHGR).TheentiresequencewasindependentlydeterminedfromE.coliK-12strainMG1655.PredictedopenreadingframesweredeterminedusingGeneMarksoftware,kindlysuppliedby…實例：

E.colik-12全基因組序列文件FEATURESLocation/Qualifierssource1..4639221/organism="Escherichiacoli"/strain="K-12“/sub_strain="MG1655"/db_xref="taxon:562"promoter71..99/note="factorSigma70;predicted+1startat106"promoter104..132/note="factorSigma70;predicted+1startat139"promoter188..212/note="factorSigma32;predicted+1startat219"gene190..255/note="b0001"/gene="thrL"CDS190..255/gene="thrL"/function="leader;Aminoacidbiosynthesis:Threonine"/note="o21;100pctidenticaltoLPT_ECOLISW:P03059"/codon_start=1/transl_table=11/product="thr

operonleaderpeptide"/db_xref="PID:g1786182"/translation="MKRISTTITTTITITTGNGAG“…BASECOUNT1142136a1179433c1176775g1140877tORIGIN1agcttttcat

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aagtatttttc//EMBL是最早的DNA序列數(shù)據(jù)庫，于1982年建立。

EMBL的數(shù)據(jù)來源主要有兩條途徑:

一是由序列發(fā)現(xiàn)者直接提交。幾乎所有的國際權(quán)威生物學刊物都要求作者在文章發(fā)表之前將所測定的序列提交給EMBL、GenBank或DDBJ，得到數(shù)據(jù)庫管理系統(tǒng)所簽發(fā)的登錄注冊號。二是從生物醫(yī)學期刊上收錄已經(jīng)發(fā)表的序列資料。EMBL數(shù)據(jù)庫簡介德國海德堡歐洲分子生物學實驗室EMBL（EuropeanMolecularBiologyLaboratory）創(chuàng)建于1974年，是一所非營利性的分子生物學研究機構(gòu)，由27個歐洲會員國及澳大利亞（準會員國）資助。該實驗室在歐洲共有5處分站：位于德國海德堡的主實驗室、設在英國Hinxton的歐洲生物信息學研究所（EBI）、以及位于法國格勒諾布爾（Grenoble）、德國漢堡（Hamburg）、以及意大利蒙特羅頓多（Monterotondo）的分站。EBI維護并發(fā)布EMBL核酸序列數(shù)據(jù)庫—歐洲的主要核酸序列數(shù)據(jù)資源。英國辛克斯頓IDU00096standard;circulargenomicDNA;CON;4639221BP.ACU00096;SVU00096.1DT24-JUL-2003(Rel.76,Lastupdated,Version3)DEEscherichiacoliK-12MG1655completegenome.KW.OSEscherichiacoliK12OCBacteria;Proteobacteria;Gammaproteobacteria;Enterobacteriales;OCEnterobacteriaceae;Escherichia;Escherichiacoli.RN[1]RP1-4639221RXMEDLINE;97426617.RXPUBMED;9278503.RABlattnerF.R.,PlunkettG.III,BlochC.A.,PernaN.T.,BurlandV.,…RT"ThecompletegenomesequenceofEscherichiacoliK-12";RLScience277(5331):1453-1474(1997).DRGOA;O32528.DRREMTREMBL;AAC74436;AAC74436.DRSPTREMBL;O32530;O32530.DRSWISS-PROT;O32528;YPDI_ECOLI.…CCThissequencewasdeterminedbytheE.coliGenomeProjectattheCCUniversityofWisconsin-Madison(FrederickR.Blattner,director).CCSupportedbyNIHgrantsHG00301andHG01428(fromtheHumanGenomeCCProjectandNCHGR).TheentiresequencewasindependentlyCCdeterminedfromE.coliK-12strainMG1655.PredictedopenreadingCCframesweredeterminedusingGeneMarksoftware,kindlysuppliedby…FHKeyLocation/QualifiersFTsource1..4639221FT/db_xref="taxon:83333"FT/mol_type="genomicDNA"FT/organism="EscherichiacoliK12"FT/strain="K12"FT/sub_strain="MG1655"FTpromoter71..99FT/note="factorSigma70;predicted+1startat106"…FTCDS190..255FT/codon_start=1FT/db_xref="GOA:P03059"FT/db_xref="SWISS-PROT:P03059"FT/note="o21;100pctidenticaltoLPT_ECOLISW:P03059"FT/transl_table=11FT/gene="thrL"FT/function="leader;Aminoacidbiosynthesis:Threonine"FT/product="thr

operonleaderpeptide"FT/protein_id="AAC73112.1"FT/translation="MKRISTTITTTITITTGNGAG“…關于序列的注釋信息序列特征表子項序列特征表起始SQSequence4639221BP;1142136A;1179433C;1176775G;1140877T;0other;

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aagtatttttc4639221//GenBank和EMBL數(shù)據(jù)庫的主要內(nèi)容和格式：

序列名稱、長度、日期；序列說明、編號、版本號；物種來源、學名、分類學位置；相關文獻作者、題目、刊物、日期；序列特征表；堿基組成；序列（每行60個堿基）。

GenBank和EMBL數(shù)據(jù)庫的格式比較EMBL標識字GenBank標識字含義IDLOCUS序列名稱DEDEFINITION序列簡單說明ACACCESSION唯一的序列編號SVVERSION序列版本號KWKEYWORDS與序列相關的關鍵詞OSSOURCE序列來源的物種名OCORGANISM序列來源的物種學名和分類學位置DT建立日期RNREFERENCE相關文獻編號或提交注冊信息RAAUTHORS相關文獻作者或提交序列作者RTTITLE相關文獻題目RLJOURNAL相關文獻刊物名或作者單位RXMEDLINE相關文獻Medline引文代碼RCREMARK相關文獻注釋RP相關文獻其它注釋CCCOMMENT關于序列的注釋信息DR相關數(shù)據(jù)庫交叉引用號FHFEATURES序列特征表起始FT序列特征表子項SQBASECONTENT序列長度、堿基數(shù)目統(tǒng)計數(shù)空格ORIGIN序列////序列結(jié)束標志、空行頭部特性序列（二）蛋白質(zhì)序列數(shù)據(jù)庫

PIRUniProt目前國際上比較權(quán)威的蛋白質(zhì)序列數(shù)據(jù)庫，2002年由TrEMBL（EuropeanBioinformaticsInstitute，EBI）和Swiss-Prot（SwissInstituteofBioinformatics，SIB）合并形成。數(shù)據(jù)來源于：（1）從核酸數(shù)據(jù)庫經(jīng)過翻譯推導而來；（2）從蛋白質(zhì)數(shù)據(jù)庫PIR挑選出合適的數(shù)據(jù)；（3）從科學文獻中摘錄；（4）研究人員直接提交的蛋白質(zhì)序列數(shù)據(jù)。

http:///UniProt

PIR是由美國生物醫(yī)學基金會NBRF（NationalBiomedicalResearchFoundation）于1984年建立的。目的：

幫助研究者鑒別和解釋蛋白質(zhì)序列信息，研究分子進化、功能基因組。它是一個全面的、經(jīng)過注釋的、非冗余的蛋白質(zhì)序列數(shù)據(jù)庫。所有序列數(shù)據(jù)都經(jīng)過整理，超過99%的序列已按蛋白質(zhì)家族分類，一半以上還按蛋白質(zhì)超家族進行了分類。(http:///pir/）PIR（ProteinInformationResource）除了蛋白質(zhì)序列數(shù)據(jù)之外，PIR還包含以下信息：

(1)蛋白質(zhì)名稱、蛋白質(zhì)的分類、蛋白質(zhì)的來源；(2)關于原始數(shù)據(jù)的參考文獻；(3)蛋白質(zhì)功能和蛋白質(zhì)的一般特征，包括基因表達、翻譯后處理、活化等；(4)序列中相關的位點、功能區(qū)域。PIR提供三種類型的檢索服務:一、基于文本的交互式查詢，用戶通過關鍵字進行數(shù)據(jù)查詢。二、標準的序列相似性搜索，包括BLAST、Fasta等。三、結(jié)合序列相似性、注釋信息和蛋白質(zhì)家族信息的高級搜索，包括按注釋分類的相似性搜索、結(jié)構(gòu)域搜索等。隨著核酸測序技術的迅速發(fā)展，人類已經(jīng)得到一部分生物的全基因組數(shù)據(jù)，如人、小鼠、大鼠等。這些數(shù)據(jù)對于我們認識基因組信息的奧秘、了解生物體的生長發(fā)育的規(guī)律是非常重要的。GDB人類基因組數(shù)據(jù)庫SGD酵母基因組數(shù)據(jù)庫MGD鼠基因組數(shù)據(jù)庫FlyBase果蠅基因組數(shù)據(jù)庫WormBase線蟲基因組數(shù)據(jù)庫。。。。。。。。Ensembl綜合基因組數(shù)據(jù)庫（三）基因組數(shù)據(jù)庫GDB-人類基因組數(shù)據(jù)庫—TheGenomeDatabase美國JohnsHopkins大學于1990年建立的，現(xiàn)由加拿大兒童醫(yī)院生物信息中心負責管理。目前GDB包含對下述三種對象的描述：

1.人類基因組區(qū)域

2.人類基因組圖譜3.人類基因組中的變化

包括基因、克隆、PCR標記物、斷點、細胞遺傳學標記、易碎位點、EST、綜合區(qū)域、contigs、重復等；包含細胞遺傳學圖譜、連接圖譜、輻射混合圖譜、contig

圖譜、集成圖譜，所有這些圖譜都可以被直觀地顯示出來；包括基因突變和基因多態(tài)性，加上等位基因頻率數(shù)據(jù)。Ensembl數(shù)據(jù)庫

Ensembl是一個綜合基因組數(shù)據(jù)庫，它是由EBI和Sanger研究所共同開發(fā)的一個系統(tǒng)。

Ensembl包括所有公開的人類基因組DNA序列，通過注釋形成的關于序列的特征?，F(xiàn)在包括其他基因組，如大鼠、小鼠、線蟲、果蠅等。Ensembl數(shù)據(jù)庫還提供疾病、細胞等方面的信息，并且提供數(shù)據(jù)搜索、數(shù)據(jù)下載、統(tǒng)計分析等服務。Ensembl數(shù)據(jù)庫結(jié)構(gòu)圖Ensembl提供多種查詢方式：

通過關鍵字查詢;用BLAST進行相似序列的搜索;另一種更直觀的方式是顯示