生物信息學(xué)技術(shù)

生物信息學(xué)技術(shù)第1頁(yè)/共62頁(yè)2生物信息學(xué)概論

生物信息學(xué)的定義生物信息學(xué)研究的范疇第2頁(yè)/共62頁(yè)3一、生物信息學(xué)的定義生物信息學(xué)是結(jié)合了生物學(xué)和信息技術(shù)，利用計(jì)算機(jī)和互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)，分析海量的并且還在快速積累的生物數(shù)據(jù)，從中獲取生物科學(xué)新知識(shí)的一門新的交叉科學(xué)。第3頁(yè)/共62頁(yè)Halfdayontheweb,halfmonthinthelab.savesyou-AlanBleasbyBioinformatics第4頁(yè)/共62頁(yè)5第5頁(yè)/共62頁(yè)6人類基因組計(jì)劃的意義人類基因研究的意義在于它可以支持和推動(dòng)生命科學(xué)中一系列重要的基礎(chǔ)性研究。如基因組遺傳語(yǔ)言的破譯，基因的結(jié)構(gòu)與功能關(guān)系，生命的起源和進(jìn)化，細(xì)胞發(fā)育、生產(chǎn)、分化的分子機(jī)理，疾病發(fā)生的機(jī)理等。為推動(dòng)醫(yī)學(xué)長(zhǎng)足進(jìn)步帶來(lái)前所未有的機(jī)遇，基因診斷、基因療法和基因藥物的開發(fā)，有可能成為未來(lái)醫(yī)學(xué)發(fā)展的重要分支。人類基因組計(jì)劃的進(jìn)一步成功將促進(jìn)生命科學(xué)與信息科學(xué)、材料科學(xué)的融合，從而帶動(dòng)一批高技術(shù)產(chǎn)業(yè)的發(fā)展第6頁(yè)/共62頁(yè)7二、生物信息學(xué)研究的范疇第一、各種生物數(shù)據(jù)庫(kù)的建立和管理；第二、研究高效率的統(tǒng)計(jì)工具，分析算法，發(fā)展方便、快捷的分析程序；第三、從海量的原始生物數(shù)據(jù)中發(fā)掘新知識(shí)。第7頁(yè)/共62頁(yè)8

重要生物信息中心重要生物信息數(shù)據(jù)庫(kù)第一節(jié)生物信息數(shù)據(jù)庫(kù)2009-4-28第8頁(yè)/共62頁(yè)數(shù)據(jù)庫(kù)的建設(shè)和發(fā)展GenomicGenomicExperimentalDataWarehousePrepareddataPatternsKnowledgeExpertKnowledgeOftennotexplicitlyimplemented第9頁(yè)/共62頁(yè)10NCBIGenBankEBIEMBLNIGDDBJ核酸生物信息中心&數(shù)據(jù)庫(kù)第10頁(yè)/共62頁(yè)11重要生物信息中心&數(shù)據(jù)庫(kù)

美國(guó)國(guó)家信息中心(NationalCenterofBiotechnologyInformation,NCBI)的GenBank

(http:///web/GenBank/index.html);

歐洲分子生物學(xué)室驗(yàn)室(EuropeanMolecularBiologyLaboratory-EuropeanBioinformaticsInstitute,EMBL-EBI)

的EMBL(http://www.ebi.ac.uk/databases/index.html);

日本DNA數(shù)據(jù)庫(kù)(DNADataBankofJapan,DDBJ)

(http://www.ddbj.nig.ac.jp/)

第11頁(yè)/共62頁(yè)12

最重要的蛋白質(zhì)氨基酸序列數(shù)據(jù)庫(kù)是瑞士的SWISS-PROT(/sprot/);

蛋白質(zhì)數(shù)據(jù)庫(kù)PIR(ProteinInformationResource),包含所有序列已知的自然界中野生型蛋白質(zhì)的信息

();PDB蛋白質(zhì)結(jié)構(gòu)數(shù)據(jù)庫(kù)：收集由X射線衍射和核磁共振技術(shù)測(cè)定的蛋白質(zhì)大分子三維結(jié)構(gòu)(/pdb)。蛋白生物信息中心&數(shù)據(jù)庫(kù)第12頁(yè)/共62頁(yè)

第13頁(yè)/共62頁(yè)14第14頁(yè)/共62頁(yè)數(shù)據(jù)庫(kù)查詢與檢索15第二節(jié)第15頁(yè)/共62頁(yè)16數(shù)據(jù)庫(kù)檢索工具Entrez檢索工具：Entrez是美國(guó)國(guó)家生物技術(shù)信息中心（NCBI）提供的集成檢索工具

/Entrez/SRS（SequenceRetrievalSystem）檢索工具：是歐洲分子生物學(xué)網(wǎng)EMBnet的主要數(shù)據(jù)庫(kù)檢索工具，可以從

EMBnet的主頁(yè)進(jìn)入。

DBGET/LinkDB檢索工具：是日本京都工具大學(xué)建立的

GenomeNet數(shù)據(jù)庫(kù)，該數(shù)據(jù)庫(kù)主要針對(duì)代謝途徑。

http://www.genome.ad.jp/dbget/dbget_manual.html。第16頁(yè)/共62頁(yè)17數(shù)據(jù)庫(kù)檢索工具NCBI網(wǎng)頁(yè)的Entrez界面第17頁(yè)/共62頁(yè)P(yáng)ubMed數(shù)據(jù)庫(kù)檢索文獻(xiàn)檢索第18頁(yè)/共62頁(yè)文獻(xiàn)檢索PubMed是美國(guó)國(guó)家醫(yī)學(xué)圖書館(NLM)下屬的國(guó)家生物技術(shù)信息中心(NCBI)開發(fā)的、基于WWW的醫(yī)學(xué)數(shù)據(jù)庫(kù)查詢系統(tǒng)。PubMed的網(wǎng)址：/pubmed特點(diǎn)：收錄范圍廣、內(nèi)容全、檢索途徑多、檢索體系完備，可少部分獲取原文。第19頁(yè)/共62頁(yè)文獻(xiàn)檢索第20頁(yè)/共62頁(yè)核酸數(shù)據(jù)分析21第三節(jié)第21頁(yè)/共62頁(yè)22OUTLINE

核酸序列的基本分析核酸序列的比對(duì)分析和功能預(yù)測(cè)開放閱讀框的分析引物設(shè)計(jì)向數(shù)據(jù)庫(kù)提交序列第22頁(yè)/共62頁(yè)23一、核酸序列的基本分析

核酸序列的分子量、堿基組成、堿基分布等基本分析：

BioEdit(/BioEdit/bioedit.html)

★DNAMAN(/)

限制性酶切分析：限制性酶數(shù)據(jù)庫(kù)(RestrictionEnzymeDataBase,REBASE)(;

★

/rebase)

測(cè)序峰圖的查看、核實(shí)與修改:Chromas,BioEdit,DNAMAN

測(cè)序結(jié)果需要識(shí)別與去除測(cè)序時(shí)使用的載體序列：

VecScreen(/VecScreen.html)第23頁(yè)/共62頁(yè)24一、核酸序列的基本分析對(duì)核酸序列進(jìn)行電子基因定位：利用序列標(biāo)簽位點(diǎn)(SequenceTaggedSite,STS);利用UniGene數(shù)據(jù)庫(kù)進(jìn)行基因電子定位;直接利用基因組序列進(jìn)行基因電子定位。第24頁(yè)/共62頁(yè)25★

NCBI網(wǎng)頁(yè)的MapViewer界面第25頁(yè)/共62頁(yè)程序名稱查詢序列搜索的數(shù)據(jù)庫(kù)BLASTN核酸核酸BLASTP蛋白質(zhì)蛋白質(zhì)BLASTX核酸的六讀框蛋白質(zhì)TBLASTN蛋白質(zhì)核酸的6個(gè)讀框TBLASTX核酸的6個(gè)讀框核酸的6個(gè)讀框26二、核酸序列的比對(duì)分析和功能預(yù)測(cè)BLAST（BasicLocalAlignmentSearchTool）是基本局域聯(lián)配搜索工具；Blast功能有：第26頁(yè)/共62頁(yè)27第27頁(yè)/共62頁(yè)28NCBI網(wǎng)頁(yè)的BLAST界面第28頁(yè)/共62頁(yè)29第29頁(yè)/共62頁(yè)30第30頁(yè)/共62頁(yè)31第31頁(yè)/共62頁(yè)32NCBI網(wǎng)頁(yè)的BLAST2SEQUENCES界面第32頁(yè)/共62頁(yè)33第33頁(yè)/共62頁(yè)34第34頁(yè)/共62頁(yè)35二、核酸序列的比對(duì)分析和功能預(yù)測(cè)FASTA：根據(jù)用戶提交的單個(gè)序列進(jìn)行數(shù)據(jù)庫(kù)搜索比對(duì)的程序。網(wǎng)上服務(wù)器和電子郵件服務(wù)：

http://www.ebi.ac.uk/mailto:fasta@ebi.ac.ukhttp://www.fasta.genome.ad.jpmailto:fasta@nig.ac.jp第35頁(yè)/共62頁(yè)36二、核酸序列的比對(duì)分析和功能預(yù)測(cè)進(jìn)行多序列聯(lián)配：ClustalW:http://www.ebi.ac.uk/clustalw/index.html，

/soft/molbio/align/clustal/，

ftp://ftp.ebi.ac.uk/pub/software/dos/clustalw。ClustalX:CluastalW程序的UNIX版本，它使用X窗口圖形界面，

ftp://ftp.ebi.ac.uk/pub/software

ftp://ftp-igbmc.u-strassbg.fr/pub/clustalX。對(duì)聯(lián)配結(jié)果進(jìn)一步編輯，形成適于發(fā)表的形式，可用的軟件有：SeaView:ftp://biom3.univ-lyon1.frBOXSHADE:/software/box_form.html)CINEMA:

http://www.bioinf.man.ac.uk/dbbrowser/cinema2.1/cinema2hdr.html第36頁(yè)/共62頁(yè)37第五節(jié)核酸序列分析三、開讀框的分析GT-AG法則：外顯子與內(nèi)含子之間的連接區(qū)序列高度保守，如大部分內(nèi)含子5’端起始的兩個(gè)堿基是GT，3’端最后兩個(gè)堿基是AG?；蜃R(shí)別軟件，常用的有：★ORFFinder(/gorf/gorf.html)GRAIL(/grainbin/)GeneFinder(http://genomic.sanger.ac.uk)Glimmer(/labs/compbio/glimmer.html/)GenScan(/genscan.html)GeneLang(/genlang/)第37頁(yè)/共62頁(yè)38用GeneFinde進(jìn)行開放閱讀框分析第38頁(yè)/共62頁(yè)39用GeneFinde進(jìn)行開放閱讀框分析第39頁(yè)/共62頁(yè)40四、引物設(shè)計(jì)PrimerPremier軟件:

Primer5軟件:/cgi-bin/primer/primer5Oligo、VectorNT、Omiga等第40頁(yè)/共62頁(yè)41五、向數(shù)據(jù)庫(kù)提交核酸序列

向EMBL提交數(shù)據(jù)的網(wǎng)絡(luò)表格可參見：

http://www.ebi.ac.uk/subs/emblsubs.tml

向GenBank數(shù)據(jù)庫(kù)提交核酸序列可聯(lián)網(wǎng)進(jìn)行

/GenBank/index.html

也可用Sequin軟件制作好序列提交文件，向NCBI

發(fā)送E-mail(gb-sub@)提交

第41頁(yè)/共62頁(yè)42第42頁(yè)/共62頁(yè)43第六節(jié)蛋白質(zhì)序列分析★

蛋白質(zhì)基本性質(zhì)分析蛋白質(zhì)功能預(yù)測(cè)蛋白質(zhì)結(jié)構(gòu)預(yù)測(cè)蛋白質(zhì)分子進(jìn)化分析第43頁(yè)/共62頁(yè)44一、蛋白質(zhì)基本性質(zhì)分析

蛋白質(zhì)的氨基酸組成、分子量、等電點(diǎn)等方面的分析:OMIGA、DNAMAN、BioEdit、MacVector等蛋白質(zhì)疏水性分析：ProtScale，

/cgi-bin/protscale.pl

預(yù)測(cè)跨膜區(qū)：

http://genome.cbs.dtu.dk/services/TMHMM-2.0/

/software/TMPRED_form.html

http://www.emblheidelberg.de/services/sander/predictprotein

ftp://ftp.biochem.ucl.ac.uk。第44頁(yè)/共62頁(yè)45第45頁(yè)/共62頁(yè)46第46頁(yè)/共62頁(yè)47第47頁(yè)/共62頁(yè)48第48頁(yè)/共62頁(yè)49用TMHMM軟件預(yù)測(cè)的SARS-CoV的E蛋白的跨膜區(qū)第49頁(yè)/共62頁(yè)50第六節(jié)蛋白質(zhì)序列分析一、蛋白質(zhì)基本性質(zhì)分析預(yù)測(cè)信號(hào)肽：http://genome.cbs.dtu.dk/services/SignalP/

蛋白質(zhì)亞細(xì)胞定位：http://predict.sanger.ac.uk/nnpsl/第50頁(yè)/共62頁(yè)51預(yù)測(cè)信號(hào)肽第51頁(yè)/共62頁(yè)52預(yù)測(cè)信號(hào)肽第52頁(yè)/共62頁(yè)53蛋白質(zhì)亞細(xì)胞定位第53頁(yè)/共62頁(yè)54蛋白質(zhì)亞細(xì)胞定位第54頁(yè)/共62頁(yè)55二、蛋白質(zhì)功能預(yù)測(cè)蛋白質(zhì)序列分析和功能預(yù)測(cè)的一般流程第55頁(yè)/共62頁(yè)

56二、蛋白質(zhì)功能預(yù)測(cè)磷酸化位點(diǎn)、糖基化位點(diǎn)，特殊的結(jié)構(gòu)區(qū)（motif）的分析：PROSITE:/prosite/

BLOCKS:/blocks/PFAM:http://www.sanger.ac.uk/software/pfam/PESCAN:http://www.isrec.isb-sib.ch/software/pfscanInterProScan:http://www.ebi.ac.uk/interpro/scan.htmlSMART:http://smart.embl-heidberg.de/

第56頁(yè)/共62頁(yè)57三、蛋白質(zhì)結(jié)構(gòu)預(yù)測(cè)

蛋白質(zhì)的立體結(jié)構(gòu)數(shù)據(jù)庫(kù)PDB(ProteinDataBank):(/microbio/rasmol)PDBFinder(http://www.sander.embl-heideberg.de/pdbfinder)

蛋白質(zhì)分子模型數(shù)據(jù)庫(kù)(MolecularModelingDatabase);

三維結(jié)構(gòu)顯示程序Cn3D(/structure)第57頁(yè)/共62頁(yè)58

同