生物信息学基本方法

生物信息学基本方法
生物信息学基本方法

生物信息学作业

学院:生命科学与工程学院姓名:石文贵学号:122071010002 一、The following sequence is from a sequencing reaction. Please check it up and indicate any genes and functional sites in it.

1.原基因序列

1 10 20 30 40 50 60 AATTAAAAGG AATCACTAAC TTTTATTGGT TATGTCAAAC TCAAAATAAA ATTTCTCAAC TTGTTTACGT GCCTATATAT ACCATGCTTG TTATATGCTC AAAGCACCA ACAAAATTTA AAAACACTTT GAACATTTGC ACCATGGTAG A TCTGAGGGT AAATTTCTAG TTTTTCTCCT TCATTTTCTT GGTTAGGACC CTTTTCTCTT TTTATTTTTT TGAGCTTTGA TCTTTCTTT AAACTGATC TATTTTTTAA TTGATTGGT TATGGTGTA AATATTACAT AGCTTTAAC TGATAATCTG ATTACTTTAT TTCGTGTGT CTATGATGAT GATGATAGT TACAGAACC GACGACTCG TCCGTCCTG TAGAAACCC CAACCCGTG AAATCAAAA AACTCGACG GCCTGTGGG CATTCAGTCT GGATCGCGA AAACTGTGG AATTGATCAG CGTTGGTGG GAAAGCGCG TTACAAGAAA GCCGGGCAA TTGCTGTGC CAGGCAGTT TTAACGATCA GTTCGCCGAT GCAGATATTC GTAATTATGC GGGCAACGT CTGGTATCAG CGCGAAGTC TTTATACCGA AAGGTTGGG CAGGCCAGC GTATCGTGCT GCGTTTCGA TGCGGTCAC TCATTACGGC AAAGTGTGG GTCAATAATC AGGAAGTGA TGGAGCATC AGGGCGGCT ATACGCCATT TGAAGCCGA TGTCACGCC GTATGTTATT GCCGGGAAA AGTGTACGTA TCACCGTTTG TGTGAACAAC GAACTGAACT GGCAGACTAT CCCGCCGGG AATGGTGATT ACCGACGAA AACGGCAAG AAAAAGCAG TCTTACTTCC ATGATTTCTT TAACTATGCC GGAATCCATC GCAGCGTAAT GCTCTACACC ACGCCGAAC ACCTGGGTG GACGATATCA

CCGTGGTGA CGCATG

2.利用nucleotide blast查找出的匹配基因

(1)第一个匹配的基因

碱基序列起始:140-933 基因名称:Binary vector pVCPGUS(I)23010

覆盖率:85% 匹配度:100%

基因号:JQ436738.1

内容:Binary vector pVCPGUS(I)23010是一种二元载体,全长14317个碱基,该序列为其1722-2515间的序列,其中29-113为终止子terminator,135-405为poly signal,412-2307和2498-2512为编码蛋白的CDS序列,表达的蛋白为Gusβ-葡糖糖苷酶,2308-2497为内含子。2536-2572为5’URT。

(2)第二个匹配基因

碱基序列起始:140-933 基因名称:Expression vector pYPX24

覆盖率:85% 匹配度:100%

基因号:gb|AY178049.1|

内容:Expression vector pYPX24该表达载体全长16368个碱基,该序列为其13906-14699间的序列。其中4955-5749,9437-11248为编码序列,分别编码氨基糖苷磷酸转移酶和Gusβ-葡糖糖苷酶,6377-7352,14114-15961为misc feature。

(3)第三个匹配基因

碱基序列起始:360-933 基因名称:Cloning vector pLMB51

覆盖率:61% 匹配度:100%

基因号:gb|JQ895026.1|

内容:克隆载体PLMB51全长13892个碱基,该序列为其11615-12188间的序列。其中10380-12191间的碱基为编码蛋白的CDS,编码GusAβ葡糖糖苷酶。

3.总结

上述基因片段经行nucleotide blast比对,共发现100个与其匹配度为100%的基因,其中25个基因覆盖该序列85%,从140-933碱基之间,剩余85个基因覆盖该序列61%,从360-933碱基之间,这100个基因都为载体基因,并且包含该片段的基因为编码GusA β-葡糖糖苷酶的基因。

综上所述,可以判断该DNA序列为载体中的一段,用以编码GusAβ葡糖糖苷酶。GusA 编码β-葡糖糖苷酶主要用于纤维素的水解,但是,由于其在植物体和根瘤中没有背景活性,已成为根瘤菌生态学研究中的常用标记基因之一。二、利用相关数据库找出ABI5基因的序列,设计合适的PCR引物进行扩增,并利用基因工程技术进行该基因表达产物的检测。

1.利用GenBank数据库进行ABI5检索,结果如下:

ABI5为bZIP转录因子基因,bZIP转录因子是普遍存在于动植物及微生物中的一类转录因子,主要特点如下:

(1)含有与特异DNA序列相结合的碱性结构域,参与寡聚化作用的亮氨酸拉链区与碱性区紧密相连。

(2)转录因子的N-末端含有酸性激活区。

(3)以二聚体的形式结合DNA,肽链N-末端的碱性区与DNA直接结合。

(4)bZIP 类转录因子识别核心序列为ACGT的顺式作用元件如CACGTG(G 盒),GACGTC(C 盒),TACGTA(A 盒)等,一些受光或脱落酸(ABA)诱导的基因的启动子区都含有这些元件。其中G盒元件普遍存在于受ABA、生长素、茉莉酸、水杨酸诱导的基因中。它还是光诱导基因中最常见的顺式作用元件之一,bZIP类转录因子都能与G盒元件特异结合,激活光诱导基因的转录。

2.大麦亚种的bZIP转录因子基因序列

1 atggacttca ggagcagcaa cggcgggtcg tcctcggagc gcaggccggc tgcggagggg

61 gcgtcgctga cgaggcaggg gtccatctat tccctgacgt tcgaggagtt ccagagcacg

121 ctcggcggga gcgccggcgt cggaggcggc gacctcggca aggatttcag ctccatgaac

181 atggacgagc tgctccggag catctggacc gccgaggaga gccaggccat ggctgcctcg

241 gcctcgggcg ccggcgccgg cgcgccgccg atgtcgctgc agggccaggg ctccctcacg

301 ctgccccgca ccctcagcgc caagacggtc gacgaggtgt ggcgcaacct cgtgcgcgac

361 gacccgcttc cggtgggggc ggagggtgcc gagccgcagc cccatcggca ggccacgctc

421 ggggagatga ccctcgagga gttcctggtc aaagccggcg tggtgcgaga gatccccacc

481 gctcctgcgg tgccgccccc gcccatgcag ccgcggccgg tccctgttgc ccctaaaggc

541 gctaccttct acgggaattt cccgagcgcc aacgacgtcg gtacggcggc gctggggttc

601 ccgccggtcg ccatggggga tctggccttg ggcaatgggc tcatgccgag ggcactcggt

661 atgggcggcg cccccctggt tgtgcaaact gcggtcaagc cggttgattc cggcagcaag

721 gggagcgagg atctctcatc gccgtccgaa ccaatgccgt actcgttcga ggggattgtg

781 agggggagga ggaccggcgg cggcgtggag aaggtggtgg agaggaggca gaggaggatg

841 atcaagaaca gggagtccgc cgccaggtcc cgcgcccgca agcaggtatt tttagcattt

901 tctacatgaa tctgtgcatt cttacttgct cctgaagcca tgttgagctg gaaatatgat

961 catatatgga aataccattg cagatgactc agtctgaaag ctgagtcgct cctccccgtg

1021 tttttgtaag caaacatctg ctggaatttc ctgttttggt aacaatttcc ttatctgcac

1081 aggcttatac cttatacaat ggagttggag gctgaggttc agaagctcaa ggatctgaac

1141 gaggaactgg tgaagaaaca ggtaactttt ctgcaaacca ctgacatgct aaatgtgcag

1201 cttcagtgca ttttgtgtag aggatttata gcatatacac actctgaagt ggatagtttc 1261 acccggtaga ccccactgtt agctattttt gcttgttttg tccatgagtg ttcgtggtga 1321 ttggtgaagc attcaccgtg gcctgtttcc ttttatcttg gtacaacccc tttgtcagaa 1381 acattccatt ctttggacct aagtgtggaa tgttcagtct ctttttcatt aacctttgat

1441 attttagatt tcacaataat ctgttgtcgc agtaatttcc ataatcaatt ttccagggtg

1501 atggttgtag tctcatattt ggaagcgttg catctaattt cacccaaata tgttttcggt

1561 tatatggtca tccaatgtag catctgttcg tgcataacgg ggcactcttt cacacgcatg 1621 tcacaatagg atatcatgct cacaattcat gttgttgtaa cttgtactga tcttattctc

1681 ctagattata tcagatattg ttgatgacta cgaaaatctc agtaaatagg acaataatgc 1741 catacttaaa acaagaacaa tagctcttgt atagcgaaca cagtactaat cctttctttt 1801 catcgtcatg cagaccgaga tactgaaaat gcagaaaaga gaggtaattg attgtctcta 1861 gttgatccca aaccttcctc tttctatgta tggatcaaca atttagccgg ttgtttggta

1921 cattccattt tcttatggat gggcgtcact aagcatgcgt tttccgtttt cttgtggatg

1981 gctgagtgag acgccgcagt actaagcatt attttttcat ttttcctatg gatgctgagt 2041 tagacgccgc actactaagc atgcttttat aacatcagta gctgcatatc ccatttcttt 2101 taggtgaaac caaaaaatcc tcaactctaa actgtacttt ctatgtcaat gttagtttag 2161 gactaagttg atctttagaa tgttattcta caaatttata gattagaatt aataaattca

2221 gagttagaac aagagacatt atttttctaa gatttaactg aattctcgaa attattaagt 2281 ttttttgacc tgacacatgc gtggtgttga agtcggtggg gtgctgacag gggccttcag 2341 catgtttaca aattcttaaa tcgagtaaat tgcagaataa tgcacatatg ttttaataaa 2401 ttagaaagat aaaattaaac gaggtattcc ttttcagaga ttcagtgtca catctagggt 2461 ataaaaggtc gaatctacta atagtattta gatatttaat taagtatcaa gtttcatttt

2521 aaacaaacta tcacataaag aacgaaatgt gtgaaattaa agcttgtacc aaaaattata 2581 atttggagtc tcaaacttcg atcaattatt tctggaatga aaaggtatat tatttaaatt

2641 gttcatatgt tattctgaag tgcattgtct atctacattt gaaatttaag caaagtttgc

2701 aaactctgct caaatgaaaa tgaattagtt aacgacatat ggatcttttc tcacaagaag 2761 aaccctgttc tgttggtcgg tatgatttta gaagtagccc cacacagaat ctgaaaattt 2821 gagatgctag aaatccaaaa tctctttact gacgggaaat tgatttgact tccagcaggc 2881 ccctgaaatg aaggaccagt ttggacggaa gaagaggcag tgcttacgaa gaacgctgac 2941 cgggccctgg tga

3.利用PrimerPremier软件进行引物设计

(1)输入上述基因序列

(2)点击,进入引物搜索界面

(3)点击,设置相关参数

(4)检索结果如下

(5)相关参数

(6)引物序列

TACCTGAAGTCCTCGTCGTTGCCGC TCACCAGGGCCCGGTCAGCGTTCTT

3.进行PCR扩增

Tm为74.1℃。具体的温度需设置74℃上下的温度梯度进行筛选,利用凝胶电泳进行PCR产物的鉴定。

4.选择合适的质粒,将PCR产物与质粒进行酶切

5.将连接好的质粒,导入大肠杆菌中进行克隆并且表达

6.产物的鉴定

(1)Western blotting

将上述克隆的大肠杆菌提取总蛋白,利用bZIP转录因子抗体进行western blotting 检测,从而判断该序列是否为bZIP转录因子的基因序列ABI5.

(2)免疫组化

利用bZIP转录因子抗体和带荧光的二抗对上述改造的大肠杆菌进行免疫染色,从而判断bZIP转录因子是否表达

(4)质谱:利用质谱技术检测bZIP转录因子是否表达。

高通量测序生物信息学分析(内部极品资料,初学者必看)

基因组测序基础知识 ㈠De Novo测序也叫从头测序,是首次对一个物种的基因组进行测序,用生物信息学的分析方法对测序所得序列进行组装,从而获得该物种的基因组序列图谱。 目前国际上通用的基因组De Novo测序方法有三种: 1. 用Illumina Solexa GA IIx 测序仪直接测序; 2. 用Roche GS FLX Titanium直接完成全基因组测序; 3. 用ABI 3730 或Roche GS FLX Titanium测序,搭建骨架,再用Illumina Solexa GA IIx 进行深度测序,完成基因组拼接。 采用De Novo测序有助于研究者了解未知物种的个体全基因组序列、鉴定新基因组中全部的结构和功能元件,并且将这些信息在基因组水平上进行集成和展示、可以预测新的功能基因及进行比较基因组学研究,为后续的相关研究奠定基础。 实验流程: 公司服务内容 1.基本服务:DNA样品检测;测序文库构建;高通量测序;数据基本分析(Base calling,去接头, 去污染);序列组装达到精细图标准 2.定制服务:基因组注释及功能注释;比较基因组及分子进化分析,数据库搭建;基因组信息展 示平台搭建 1.基因组De Novo测序对DNA样品有什么要求?

(1) 对于细菌真菌,样品来源一定要单一菌落无污染,否则会严重影响测序结果的质量。基因组完整无降解(23 kb以上), OD值在1.8~2.0 之间;样品浓度大于30 ng/μl;每次样品制备需要10 μg样品,如果需要多次制备样品,则需要样品总量=制备样品次数*10 μg。 (2) 对于植物,样品来源要求是黑暗无菌条件下培养的黄化苗或组培样品,最好为纯合或单倍体。基因组完整无降解(23 kb以上),OD值在1.8~2.0 之间;样品浓度大于30 ng/μl;样品总量不小于500 μg,详细要求参见项目合同附件。 (3) 对于动物,样品来源应选用肌肉,血等脂肪含量少的部位,同一个体取样,最好为纯合。基因组完整无降解(23 kb以上),OD值在1.8~2.0 之间;样品浓度大于30 ng/μl;样品总量不小于500 μg,详细要求参见项目合同附件。 (4) 基因组De Novo组装完毕后需要构建BAC或Fosmid文库进行测序验证,用于BAC 或Fosmid文库构建的样品需要保证跟De Novo测序样本同一来源。 2. De Novo有几种测序方式 目前3种测序技术 Roche 454,Solexa和ABI SOLID均有单端测序和双端测序两种方式。在基因组De Novo测序过程中,Roche 454的单端测序读长可以达到400 bp,经常用于基因组骨架的组装,而Solexa和ABI SOLID双端测序可以用于组装scaffolds和填补gap。下面以solexa 为例,对单端测序(Single-read)和双端测序(Paired-end和Mate-pair)进行介绍。Single-read、Paired-end和Mate-pair主要区别在测序文库的构建方法上。 单端测序(Single-read)首先将DNA样本进行片段化处理形成200-500bp的片段,引物序列连接到DNA片段的一端,然后末端加上接头,将片段固定在flow cell上生成DNA簇,上机测序单端读取序列(图1)。 Paired-end方法是指在构建待测DNA文库时在两端的接头上都加上测序引物结合位点,在第一轮测序完成后,去除第一轮测序的模板链,用对读测序模块(Paired-End Module)引导互补链在原位置再生和扩增,以达到第二轮测序所用的模板量,进行第二轮互补链的合成测序(图2)。 图1 Single-read文库构建方法图2 Paired-end文库构建方法

生物信息学课后题及答案-推荐下载

生物信息学课后习题及答案 (由10级生技一、二班课代表整理) 一、绪论 1.你认为,什么是生物信息学? 采用信息科学技术,借助数学、生物学的理论、方法,对各种生物信息(包括核酸、蛋 白质等)的收集、加工、储存、分析、解释的一门学科。2.你认为生物信息学有什么用?对你的生活、研究有影响吗?(1)主要用于: 在基因组分析方面:生物序列相似性比较及其数据库搜索、基因预测、基因组进化和分 子进化、蛋白质结构预测等 在医药方面:新药物设计、基因芯片疾病快速诊断、流行病学研究:SARS 、人类基因组计划、基因组计划:基因芯片。 (2)指导研究和实验方案,减少操作性实验的量;验证实验结果;为实验结果提供更多的支持数据等材料。 3.人类基因组计划与生物信息学有什么关系? 人类基因组计划的实施,促进了测序技术的迅猛发展,从而使实验数据和可利用信息急剧增加,信息的管理和分析成为基因组计划的一项重要的工作 。而这些数据信息的管理、分析、解释和使用促使了生物信息学的产生和迅速发展。 4简述人类基因组研究计划的历程。 通过国际合作,用15年时间(1990-2005)至少投入30亿美元,构建详细的人类基因组遗传图和物理图,确定人类DNA 的全部核苷酸序列,定位约10万基因,并对其他生物进行类似研究。 1990,人类基因组计划正式启动。 1996,完成人类基因组计划的遗传作图,启动模式生物基因组计划。 1998完成人类基因组计划的物理作图,开始人类基因组的大规模测序。Celera 公司加入,与公共领域竞争启动水稻基因组计划。 1999,第五届国际公共领域人类基因组测序会议,加快测序速度。 2000,Celera 公司宣布完成果蝇基因组测序,国际公共领域宣布完成第一个植物基因组——拟南芥全基因组的测序工作。 2001,人类基因组“中国卷”的绘制工作宣告完成。 2003,中、美、日、德、法、英等6国科学家宣布人类基因组序列图绘制成功,人类基因组计划的.目标全部实现。2004,人类基因组完成图公布。 2.我国自主知识产权的主要基因组测序计划有哪些?水稻(2002),家鸡(2004),家蚕(2007),家猪(2012),大熊猫(2010) 2.第一章 、管路敷设技术通过管线不仅可以解决吊顶层配置不规范高中资料试卷问题,而且可保障各类管路习题到位。在管路敷设过程中,要加强看护关于管路高中资料试卷连接管口处理高中资料试卷弯扁度固定盒位置保护层防腐跨接地线弯曲半径标高等,要求技术交底。管线敷设技术包含线槽、管架等多项方式,为解决高中语文电气课件中管壁薄、接口不严等问题,合理利用管线敷设技术。线缆敷设原则:在分线盒处,当不同电压回路交叉时,应采用金属隔板进行隔开处理;同一线槽内,强电回路须同时切断习题电源,线缆敷设完毕,要进行检查和检测处理。、电气课件中调试对全部高中资料试卷电气设备,在安装过程中以及安装结束后进行 高中资料试卷调整试验;通电检查所有设备高中资料试卷相互作用与相互关系,根据生产工艺高中资料试卷要求,对电气设备进行空载与带负荷下高中资料试卷调控试验;对设备进行调整使其在正常工况下与过度工作下都可以正常工作;对于继电保护进行整核对定值,审核与校对图纸,编写复杂设备与装置高中资料试卷调试方案,编写重要设备高中资料试卷试验方案以及系统启动方案;对整套启动过程中高中资料试卷电气设备进行调试工作并且进行过关运行高中资料试卷技术指导。对于调试过程中高中资料试卷技术问题,作为调试人员,需要在事前掌握图纸资料、设备制造厂家出具高中资料试卷试验报告与相关技术资料,并且了解现场设备高中资料试卷布置情况与有关高中资料试卷电气系统接线等情况,然后根据规范与规程规定,制定设备调试高中资料试卷方案。 、电气设备调试高中资料试卷技术电力保护装置调试技术,电力保护高中资料试卷配置技术是指机组在进行继电保护高中资料试卷总体配置时,需要在最大限度内来确保机组高中资料试卷安全,并且尽可能地缩小故障高中资料试卷破坏范围,或者对某些异常高中资料试卷工况进行自动处理,尤其要避免错误高中资料试卷保护装置动作,并且拒绝动作,来避免不必要高中资料试卷突然停机。因此,电力高中资料试卷保护装置调试技术,要求电力保护装置做到准确灵活。对于差动保护装置高中资料试卷调试技术是指发电机一变压器组在发生内部故障时,需要进行外部电源高中资料试卷切除从而采用高中资料试卷主要保护装置。

生物信息学分析实践

水稻瘤矮病毒(RGDV)外层衣壳蛋白 P8的同源模建 高芳銮(Raindy) 同源模建(homology modeling) ,也叫比较模建(Compatative modeling),其前提是一个或多个同源蛋白质的结构已知,当两个蛋白质的序列同源性高于35%,一般情况下认为它们的三维结构基本相同;序列同源性低于30%的蛋白质难以得到理想的结构模型。同源模建是目前最为成功且实用的蛋白质结构预测方法, SWISS-MODEL 是由SwissProt 提供的目前最著名的蛋白质三级结构预测服务器,创建于1993年,面向全世界的生物化学与分子生物学研究工作者提供免费的自动模建服务。SWISS-MODEL 服务器提供的同源模建有两种工作模式:首选模式(First Approach mode)和 项目模式(Project mode)。 本实例以RGDV P8蛋白为研究对象采用首选模式进行同源模建。 图1 SWISS-MODEL 的主界面 操作流程如下: 1.选择模式 单击左侧的“MENU ”菜单下方的“First Approach mode ”,右侧窗口自动SWISS-MODEL 工作窗口,在相应文本框中分别输入的E-mail 、项目标题、待模建的蛋白质序列,SWISS-MODEL 支持以FASTA 格式直接输入或提交UniProt 的登录号,如图2所示。 《生物信息学分析实践》样 稿

图2 SWISS-MODEL 的序列提交页面 2.参数设置 当前版本只有一个选项可设置,如果用户需要使用指定的模板,可在“Use a specific template ”后的输入框填入ExPDB 晶体图像数据库中的模板代码,其格式为“PDBCODE+ChainID ”,如“1uf2P ”。本例不使用指定模板,默认留空。完毕,点击“Submit Modeling Request ”提交模建请求,服务器返回提交成功的提示,如图3所示: 图3 成功提交 SWISS-MODEL WORKSPACEW 页面会自动刷新,直至模建完成,如图4所示,同时模建结果也会发送到指定的邮箱。 3结果解读 点击下图右上方的“Print/Save this page as ”后的图标,可以将整个结果以PDF 文档格式保存到本地计算机中。模建结果给出了五个部分的信息:模建详情(Model Details)、比对信息(Alignment)、模建评价 (Anolea/Gromos/Verify3D)、模建日志(Modelling log)、模板选择日志(Template Selection Log)。 《生物信息学分析实践》样稿

【高中生物】功能基因的克隆及生物信息学分析

(生物科技行业)功能基因的克隆及生物信息学分析

功能基因的克隆及其生物信息学分析 摘要:随着多种生物全基因组序列的获得,基因组研究正从结构基因组学(structuralgenomics)转向功能基因组学(functionalgenomics)的整体研究。功能基因组学利用结构基因组学研究获得的大量数据与信息评价基因功能(包括生化功能、细胞功能、发育功能、适应功能等),其主要手段结合了高通量的大规模的实验方法、统计和计算机分析技术[1],它代表了基因分析的新阶段,已成为21世纪国际生命科学研究的前沿。功能基因组学是利用基因组测序获得的信息和产物,发展和应用新的实验手段,通过在基因组或系统水平上全面分析基因的功能,使生物学研究从对单一基因或蛋白的研究转向多个基因或蛋白同时进行系统的研究,是在基因组静态的组成序列基础上转入对基因组动态的生物学功能学研究[2]。如何研究功能基因,也成为我们面临的一个课题,本文就克隆和生物信息学分析在研究功能基因方面的应用做一个简要的阐述。 关键词:功能基因、克隆、生物信息学分析。 1.功能基因的克隆 1.1图位克隆方法 图位克隆又称定位克隆,它是根据目标基因在染色体上确切位置,寻找与其紧密连锁的分子标记,筛选BCA克隆,通过染色体步移法逐步逼近目的基因区域,根据测序结果或用BAC、YAC克隆筛选cDNA表达文库寻找候选基因,得到候选基因后再确定目标基因。优点是无需掌握基因产物的任何信息,从突变体开始,逐步找到基因,最后证实该基因就是造成突变的原因。通过图位克隆许多

控制质量性状的单基因得以克隆,最近也有报道某些控制数量性状的主效基因(控制蕃茄果实大小的基因克隆[3]、控制水稻成熟后稻谷脱落基因克隆[4]以及小麦VRN2基因克隆[5]等)也通过图位克隆法获得。 1.2同源序列克隆目的基因 首先根据已知的基因序列设计PCR引物,在已知材料中扩增到该片段,并经克隆测序验证,利用放射性同位素标记或其他非同位素标记该PCR片段作为探针,与待研究材料的cDNA文库杂交,就可以获得该基因cDNA克隆,利用克隆进一步筛选基因组文库,挑选阳性克隆,亚克隆并测序,从中就可以筛选到该基因的完整序列。 1.3结合连锁和连锁不平衡的分析方法 结合连锁和连锁不平衡的分析方法是未知基因克隆研究领域发展的新方向[6]。(Linkagedisequilibrium,LD)。与连锁分析不同,连锁不平衡分析可以利用自然群体中历史发生的重组事件。历史上发生的重组使连锁的标记渐渐分布到不同的同源染色体上,这样就只有相隔很近的标记才能不被重组掉,从而形成大小不同的单倍型片段(Haplotypeblock)。这样经过很多世代的重组,只有相隔很近的基因,才能仍处在相同的原始单倍型片段上,基因间的连锁不平衡才能依然存在。所以基于连锁不平衡分析,可以实现目的基因的精细定位。林木大多为自由授粉的异交物种,所以连锁不平衡程度很低,林木基因组中的LD可能会仅局限于非常小的区域,这就为目的基因的精细定位提供了可能,结合SNP检测技术,科学家甚至可以将效应位点直接与单个的核苷酸突变关联起来,进行数量性状寡核苷酸

生物信息学复习资料全

一、名词解释(31个) 1.生物信息学:广义:应用信息科学的方法和技术,研究生物体系和生物过程 息的存贮、信息的涵和信息的传递,研究和分析生物体细胞、组织、器官的生理、病理、药理过程中的各种生物信息,或者也可以说成是生命科学中的信息科学。狭义:应用信息科学的理论、方法和技术,管理、分析和利用生物分子数据。 2.二级数据库:对原始生物分子数据进行整理、分类的结果,是在一级数据库、 实验数据和理论分析的基础上针对特定的应用目标而建立的。 3.多序列比对:研究的是多个序列的共性。序列的多重比对可用来搜索基因组 序列的功能区域,也可用于研究一组蛋白质之间的进化关系。 4.系统发育分析:是研究物种进化和系统分类的一种方法,其常用一种类似树 状分支的图形来概括各种(类)生物之间的亲缘关系,这种树状分支的图形称为系统发育树。 5.直系同源:如果由于进化压力来维持特定模体的话,模体中的组成蛋白应该 是进化保守的并且在其他物种中具有直系同源性。 指的是不同物种之间的同源性,例如蛋白质的同源性,DNA序列的同源性。(来自百度) 6.旁系(并系)同源:是那些在一定物种中的来源于基因复制的蛋白,可能会 进化出新的与原来有关的功能。用来描述在同一物种由于基因复制而分离的同源基因。(来自百度) 7.FASTA序列格式:将一个DNA或者蛋白质序列表示为一个带有一些标记的 核苷酸或氨基酸字符串。 8.开放阅读框(ORF):是结构基因的正常核苷酸序列,从起始密码子到终止 密码子的阅读框可编码完整的多肽链,其间不存在使翻译中断的终止密码子。(来自百度) 9.结构域:大分子蛋白质的三级结构常可分割成一个或数个球状或纤维状的区 域,折叠得较为紧密,各行其功能,称为结构域。 10.空位罚分:序列比对分析时为了反映核酸或氨基酸的插入或缺失等而插入空 位并进行罚分,以控制空位插入的合理性。(来自百度) 11.表达序列标签:通过从cDNA文库中随机挑选的克隆进行测序所获得的部分 cDNA的3’或5’端序列。(来自文献) 12.Gene Ontology 协会: 13.HMM 隐马尔可夫模型:将核苷酸序列看成一个随机序列,DNA序列的编 码部分与非编码部分在核苷酸的选用频率上对应着不同的Markov模型。14.一级数据库:数据库中的数据直接来源于实验获得的原始数据,只经过简单 的归类整理和注释 15.序列一致性:指同源DNA顺序的同一碱基位置的相同的碱基成员, 或者蛋 白质的同一氨基酸位置的相同的氨基酸成员, 可用百分比表示。 16.序列相似性:指同源蛋白质的氨基酸序列中一致性氨基酸和可取代氨基酸所 占的比例。 17.Blastn:是核酸序列到核酸库中的一种查询。库中存在的每条已知序列都将 同所查序列作一对一地核酸序列比对。(来自百度) 18.Blastp:是蛋白序列到蛋白库中的一种查询。库中存在的每条已知序列将逐 一地同每条所查序列作一对一的序列比对。(来自百度)

高通量测序基础知识

高通量测序基础知识简介 陆桂 什么是高通量测序? 高通量测序技术(High-throughput sequencing,HTS)是对传统Sanger测序(称为一代测序技术)革命性的改变,一次对几十万到几百万条核酸分子进行序列测定, 因此在有些文献中称其为下一代测序技术(next generation sequencing,NGS )足见其划时代的改变, 同时高通量测序使得对一个物种的转录组和基因组进行细致全貌的分析成为可能, 所以又被称为深度测序(Deep sequencing)。 什么是Sanger法测序(一代测序) Sanger法测序利用一种DNA聚合酶来延伸结合在待定序列模板上的引物。直到掺入一种链终止核苷酸为止。每一次序列测定由一套四个单独的反应构成,每个反应含有所有四种脱氧核苷酸三磷酸(dNTP),并混入限量的一种不同的双脱氧核苷三磷酸(ddNTP)。由于ddNTP缺乏延伸所需要的3-OH基团,使延长的寡聚核苷酸选择性地在G、A、T或C处终止。终止点由反应中相应的双脱氧而定。每一种dNTPs和ddNTPs的相对浓度可以调整,使反应得到一组长几百至几千碱基的链终止产物。它们具有共同的起始点,但终止在不同的的核苷酸上,可通过高分辨率变性凝胶电泳分离大小不同的片段,凝胶处理后可用X-光胶片放射自显影或非同位素标记进行检测。 什么是基因组重测序(Genome Re-sequencing) 全基因组重测序是对基因组序列已知的个体进行基因组测序,并在个体或群体水平上进行差异性分析的方法。随着基因组测序成本的不断降低,人类疾病的致病突变研究由外显子区域扩大到全基因组范围。通过构建不同长度的插入片段文库和短序列、双末端测序相结合的策略进行高通量测序,实现在全基因组水平上检测疾病关联的常见、低频、甚至是罕见的突变位点,以及结构变异等,具有重大的科研和产业价值。 什么是de novo测序 de novo测序也称为从头测序:其不需要任何现有的序列资料就可以对某个物种进行测序,利用生物信息学分析手段对序列进行拼接,组装,从而获得该物种的基因组图谱。获得一个物种的全基因组序列是加快对此物种了解的重要捷径。随着新一代测序技术的飞速发展,基因组测序所需的成本和时间较传统技术都大大降低,大规模基因组测序渐入佳境,基因组学研究也迎来新的发展契机和革命性突破。利用新一代高通量、高效率测序技术以及强大的生物信息分析能力,可以高效、低成本地测定并分析所有生物的基因组序列。 什么是外显子测序(whole exon sequencing) 外显子组测序是指利用序列捕获技术将全基因组外显子区域DNA捕捉并富集后进行高通量测序的基因组分析方法。外显子测序相对于基因组重测序成本较低,对研究已知基因的SNP、Indel等具有较大的优势,但无法研究基因组结构变异如染色体断裂重组等。

最新生物信息学考试复习

——古A.名词解释 1. 生物信息学:广义是指从事对基因组研究相关的生物信息的获取,加工,储存,分配,分析和解释。狭义是指综合应用信息科学,数学理论,方法和技术,管理、分析和利用生物分子数据的科学。 2. 基因芯片:将大量已知或未知序列的DNA片段点在固相载体上,通过物理吸附达到固定化(cDNA芯片),也可以在固相表面直接化学合成,得到寡聚核苷酸芯片。再将待研究的样品与芯片杂交,经过计算机扫描和数据处理,进行定性定量的分析。可以反映大量基因在不同组织或同一组织不同发育时期或不同生理条件下的表达调控情况。 3. NCBI:National Center for Biotechnology Information.是隶属于美国国立医学图书馆(NLM)的综合性数据库,提供生物信息学方面的研究和服务。 4. EMBL:European Molecular Biology Laboratory.EBI为其一部分,是综合性数据库,提供生物信息学方面的研究和服务。 5. 简并引物:PCR引物的某一碱基位置有多种可能的多种引物的混合体。 6. 序列比对:为确定两个或多个序列之间的相似性以至于同源性,而将它们按照一定的规律排列。

7. BLAST:Basic Local Alignment Search Tool.是通过比对(alignment)在数据库中寻找和查询序列(query)相似度很高的序列的工具。 8. ORF:Open Reading Frame.由起始密码子开始,到终止密码子结束可以翻译成蛋白质的核酸序列,一个未知的基因,理论上具有6个ORF。 9. 启动子:是RNA聚合酶识别、结合并开始转录所必须的一段DNA序列。原核生物启动子由上游调控元件和核心启动子组成,核心启动子包括-35区(Sextama box)TTGACA,-10区(Pribnow Box)TATAAT,以及+1区。真核生物启动子包括远上游序列和启动子基本元件构成,启动子基本元件包括启动子上游元件(GC岛,CAAT盒),核心启动子(TATA Box,+1区帽子位点)组成。 10. motif:模体,基序,是序列中局部的保守区域,或者是一组序列中共有的一小段序列模式。 11. 分子进化树:通过比较生物大分子序列的差异的数值重建的进化树。 12. 相似性:序列比对过程中用来描述检测序列和目标序列之间相似DNA碱基或氨基酸残基序列所占的比例。 13. 同源性:两个基因或蛋白质序列具有共同祖先的结论。

蛋白质组学生物信息学分析介绍

生物信息学分析FAQ CHAPTER ONE ABOUT GENE ONTOLOGY ANNOTATION (3) 什么是GO? (3) GO和KEGG注释之前,为什么要先进行序列比对(BLAST)? (3) GO注释的意义? (3) GO和GOslim的区别 (4) 为什么有些蛋白没有GO注释信息? (4) 为什么GO Level 2的统计饼图里蛋白数目和差异蛋白总数不一致? (4) 什么是差异蛋白的功能富集分析&WHY? (4) GO注释结果文件解析 (5) Sheet TopBlastHits (5) Sheet protein2GO/protein2GOslim (5) Sheet BP/MF/CC (6) Sheet Level2_BP/Level2_MF/Level2_CC (6) CHAPTER TWO ABOUT KEGG PATHWAY ANNOTATION (7) WHY KEGG pathway annotation? (7) KEGG通路注释的方法&流程? (7) KEGG通路注释的意义? (7) 为什么有些蛋白没有KEGG通路注释信息? (8) 什么是差异蛋白的通路富集分析&WHY? (8) KEGG注释结果文件解析 (8) Sheet query2map (8) Sheet map2query (9) Sheet TopMapStat (9) CHAPTER THREE ABOUT FEATURE SELECTION & CLUSTERING (10) WHY Feature Selection? (10)

聚类分析(Clustering) (10) 聚类结果文件解析 (10) CHAPTER FOUR ABOUT PROTEIN-PROTEIN INTERACTION NETWORK (12) 蛋白质相互作用网络分析的意义 (12) 蛋白质相互作用 VS生物学通路? (12) 蛋白质相互作用网络分析结果文件解析 (12)

生物信息学中的机器学习方法

生物信息学中的机器学习方法 摘要:生物信息学是一门交叉学科,包含了生物信息的获取、管理、分析、解释和应用等方面,兴起于人类基因组计划。随着人类基因组计划的完成与深入,生物信息的研究工作由原来的计算生物学时代进入后基因组时代,后基因组时代中一个最重要的分支就是系统生物学。本文从信息科学的视角出发,详细论述了机器学习方法在计算生物学和系统生物学中的若干应用。 关键词:生物信息学;机器学习;序列比对;人类基因组;生物芯片 1.相关知识 1.1 生物信息学 生物信息学时生物学与计算机科学以及应用数学等学科相互交叉而形成的一门新兴学科。它综合运用生物学、计算机科学和数学等多方面知识与方法,来阐明和理解大量生物数据所包含的生物学意义,并应用于解决生命科学研究和生物技术相关产业中的各种问题。 生物信息学主要有三个组成部分:建立可以存放和管理大量生物信息学数据的数据库;研究开发可用于有效分析与挖掘生物学数据的方法、算法和软件工具;使用这些工具去分析和解释不同类型的生物学数据,包括DNA、RNA和蛋白质序列、蛋白质结构、基因表达以及生化途径等。 生物信息学这个术语从20世纪90年代开始使用,最初主要指的是DNA、RNA及蛋白质序列的数据管理和分析。自从20世纪60年代就有了序列分析的计算机工具,但是那时并未引起人们很大的关注,直到测序技术的发展使GenBank之类的数据库中存放的序列数量出现了迅猛的增长。现在该术语已扩展到几乎覆盖各种类型的生物学数据,如蛋白质结构、基因表达和蛋白质互作等。 目前的生物信息学研究,已从早期以数据库的建立和DNA序列分析为主的阶段,转移到后基因组学时代以比较基因组学(comparative genomics)、功能基因组学(functional genomics)和整合基因组学(integrative genomics)为中心的新阶段。生物信息学的研究领域也迅速扩大。生物信息学涉及生物学、计算机学、数学、统计学等多门学科,从事生物信息学研究的工作者或生物信息学家可以来自以上任何一个领域而侧重于生物信息学的不同方面。事实上,我们今天正需要具备各种背景知识、才能和研究思路的研究人员,集思广益

医学信息学基本概念与定义-医学信息学基本概念(精)

医学信息学基本概念 J C Wyatt, J L Y Liu. 文研究生周琴译导师许培扬审 摘要:本文是关于医学信息学,这门年轻的学科的术语的定义汇编。希望它对行业内的初学者与职业工作者能有所益处。 关键词:医学信息学词汇表 医学信息学主要研究与应用方法去改善对病人信息、临床知识、人口信息和其它与病人康复与公共卫生有关的信息的管理。它是一门伴随19世纪40年代数字计算机的出现而产生的年轻学科。用于医学的机械性计算起源于更早的年代,在19世纪,赫尔曼霍列瑞斯的“打卡数字处理系统”即开始用于美国人口普查,随后又被用于公共卫生与流行病学调查1。此例反应了医学信息学的多学科性,它与各个不同的领域都有相关性,包含临床医学、公共卫生学(如流行病学与卫生服务研究)、认知科学、计算和信息学。 由于医学信息学工作者的领域多样,新来者很容易混淆行业的专业术语。因此,对想更多了解医学信息学的人做一个医学信息学的基本概念的介绍是有用的。近几年,关于此学科的各种不同分支开始出现,包括公共卫生信息学、用户卫生信息学与临床信息学。对于医学信息学与它的分支学科是否是不同的学科的讨论,Shortliffe 和Ozbolt认为:“信息学的基础是一系列可重复利用与广泛应用的方法,它对所有的卫生学学科都适用,并且‘医学信息学’对于一个综合性核心学科是一个有用的概念,所有的学生都应该学习,不管这些学生的医学专业方向。”2 3以下对医学信息学的分支学科的定义反应了这一理念。 挑选医学信息学术语的标准,在挑选某术语时采用了以下一条或者多条原则: ●对流行病学家和公共卫生专家而言是新出现的词语。 ●一个有众所周知含义的术语,被用于医学信息学领域的具体方面。 ●与流行病学或公共卫生相关的概念。 ●对理解医学信息学必不可少的概念。 ●一个存在时间较长,而不是过渡性的专业术语。 ●在对此术语的意义与使用上有普遍的共识。

生物信息学分析

生物信息学分析 生物信息学难吗? 经常有人向我问这个问题,这有什么疑问吗?如果不难学,根本就不用问我这个问题。也无需投入那么多时间精力就能掌握,更无需花费三四千元参加线下的培训班,也不会月薪过万。所以,答案很肯定,道理很简单:生物信息比较难学。 为什么难学? 我总结里几点原因。首先,这是一个交叉学科,要求你既要有生物学的基础,又要有很强的计算机操作技能。这个就有点困难了。因为只是一个生物学就包括多个门类,有很多东西需要去学习,还需要学习计算机知识。很多人一门内容还没学明白,现在还得在加一门,这就属于祸不单行,雪上加霜,屋漏偏逢连夜雨。因此,这种既懂生物学,又懂计算机的复合型人才就比较短缺。而且,生物信息本质上属于数据挖掘,除了生物,计算机,到后面还需要极强的统计学知识才能做好数据分析,所以,还得加上统计学,也就是生物信息学=生物学+计算机科学+统计学三门学科的知识,这也就是为什么生物信息学比较难学。 第二个原因,生物信息本身就包括很多内容,比如DNA的分析,RNA的分析,甲基化的分析,蛋白质的分析等方面,每一

门类又完全不同,从物种方面来分,动物,植物,微生物,医学等有差别很大,很难有一劳永逸,放之四海而皆准的分析方法。 第三个原因就是生物信息是一门快速发展的学习,会出现很多新的测序方法,比如sanger测序,illumina,BGIseq,PacBio,IonTorrent,Nanopore等,每一个平台技术原理完全不同,因此数据特点也完全不同,这就需要针对每一个平台的数据做专门的学习,而且每个平台又在不断的推陈出现,可能今天你刚开发好的方法,产品升级了,都得推倒重来。还有很多新的技术,例如现在比较火的单细胞测序,Hi-C测序,Bionano测序等等内容,以后还出现更多新技术新方法,足够让你活到老,学到老。当然,你先要能活到老,吾生也有涯,而知也无涯。以有涯随无涯,殆已! 高风险才有高收益 当然啦,虽然你已经看到学习生物信息肯定是不容易了,门槛很高,但是呢,门槛高也有很多好处,就是挡住了一部分人,当你学会了,迈过门槛,你的身价就提高了。如果人人都很容易掌握了,那么也就不值钱了。所以,生物信息,前途是光明的,道路是曲折的。

浅谈生物信息学在生物方面的应用

浅谈生物信息学在生物方面的应用 生物信息学(bioinformaLics)是以核酸和蛋白质等生物大分子数据库及其相关的图书、文献、资料为主要对象,以数学、信息学、计算机科学为主要手段,对浩如烟海的原始数据和原始资料进行存储、管理、注释、加工,使之成为具有明确生物意义的生物信息。并通过对生物信息的查询、搜索、比较、分析,从中获得基因的编码、凋控、遗传、突变等知识;研究核酸和蛋白质等生物大分子的结构、功能及其相互关系;研究它们在生物体内的物质代谢、能量转移、信息传导等生命活动中的作用机制。 从生物信息学研究的具体内容上看,生物信息学可以用于序列分类、相似性搜索、DNA 序列编码区识别、分子结构与功能预测、进化过程的构建等方面的计算工具已成为变态反应研究工作的重要组成部分。针对核酸序列的分析就是在核酸序列中寻找过敏原基因,找出基因的位置和功能位点的位置,以及标记已知的序列模式等过程。针对蛋白质序列的分析,可以预测出蛋白质的许多物理特性,包括等电点分子量、酶切特性、疏水性、电荷分布等以及蛋白质二级结构预测,三维结构预测等。 生物信息学中的主要方法有:序列比对,结构比对,蛋白质结构的预测,构造分子进化树,聚类等。基因芯片是基因表达谱数据的重要来源。目前生物信息学在基因芯片中的应用主要体现在三个方面。 1、确定芯片检测目标。利用生物信息学方法,查询生物分子信息数据库,取得相应的序列数据,通过序列比对,找出特征序列,作为芯片设计的参照序列。 2、芯片设计。主要包括两个方面,即探针的设计和探针在芯片上的布局,必须根据具体的芯片功能、芯片制备技术采用不同的设计方法。 3、实验数据管理与分析。对基因芯片杂交图像处理,给出实验结果,并运用生物信息学方法对实验进行可靠性分析,得到基因序列变异结果或基因表达分析结果。尽可能将实验结果及分析结果存放在数据库中,将基因芯片数据与公共数据库进行链接,利用数据挖掘方法,揭示各种数据之间的关系。 生物信息学在人类基因组计划中也具有重要的作用。 大规模测序是基因组研究的最基本任务,它的每一个环节都与信息分析紧密相关。目前,从测序仪的光密度采样与分析、碱基读出、载体标识与去除、拼接与组装、填补序列间隙,到重复序列标识、读框预测和基因标注的每一步都是紧密依赖基因组信息学的软件和数据库的。特别是拼接和填补序列间隙更需要把实验设计和信息分析时刻联系在一起.拼接与组装中的难点是处理重复序列,这在含有约30%重复序列的人类基因组中显得尤其突出。 人类基因组的工作草图即将完成,因此发现新基因就成了当务之急。使用基因组信息学的方法通过超大规模计算是发现新基因的重要手段,可以说大部分新基因是靠理论方法预测出来的。比如啤酒酵母完整基因组(约1300万bp)所包含6千多个基因,大约60%是通过信息分析得到的。 当人类基因找到之后,自然要解决的问题是:不同人种间基因有什么差别;正常人和病人基因又有什么差别。”这就是通常所说的SNPs(单核苷酸多态性)。构建SNPs及其相关数据库是基因组研究走向应用的重要步骤。1998年国际已开展了以EST为主发现新Spps 的研究。在我国开展中华民族SNPs研究也是至重要的。总之,生物信息学不仅将赋予人们各种基础研究的重要成果,也会带来巨大的经济效益和社会效益。在未来的几年中DNA 序列数据将以意想不到的速度增长,这更离不开利用生物信息学进行各类数据的分析和解释,研制有效利用和管理数据新工具。生物信息学在功能基因组学同样具有重要的应用目前应用最多的是同源序列比较、模式识别以及蛋白结构预测。所谓同源序列,是指从某一共同祖先经趋异进化而形成的不同序列。利用数据库搜索找出未知核酸或蛋白的同源序列,是序列分析的基础[lol。如利用BLASTn和BLASTx两种软件分别进行核苷酸和氨基

生物信息学分析方法

核酸和蛋白质序列分析 蛋白质, 核酸, 序列 关键词:核酸序列蛋白质序列分析软 件 在获得一个基因序列后,需要对其进行生物信息学分析,从中尽量发掘信息,从而指导进一步的实验研究。通过染色体定位分析、内含子/外显子分析、ORF分析、表达谱分析等,能够阐明基因的基本信息。通过启动子预测、CpG岛分析和转录因子分析等,识别调控区的顺式作用元件,可以为基因的调控研究提供基础。通过蛋白质基本性质分析,疏水性分析,跨膜区预测,信号肽预测,亚细胞定位预测,抗原性位点预测,可以对基因编码蛋白的性质作出初步判断和预测。尤其通过疏水性分析和跨膜区预测可以预测基因是否为膜蛋白,这对确定实验研究方向有重要的参考意义。此外,通过相似性搜索、功能位点分析、结构分析、查询基因表达谱聚簇数据库、基因敲除数据库、基因组上下游邻居等,尽量挖掘网络数据库中的信息,可以对基因功能作出推论。上述技术路线可为其它类似分子的生物信息学分析提供借鉴。本路线图及推荐网址已建立超级链接,放在北京大学人类疾病基因研究中心网站(https://www.360docs.net/doc/b519015967.html,/science/bioinfomatics.htm),可以直接点击进入检索网站。 下面介绍其中一些基本分析。值得注意的是,在对序列进行分析时,首先应当明确序列的性质,是mRNA序列还是基因组序列?是计算机拼接得到还是经过PCR扩增测序得到?是原核生物还是真核生物?这些决定了分析方法的选择和分析结果的解释。 (一)核酸序列分析 1、双序列比对(pairwise alignment) 双序列比对是指比较两条序列的相似性和寻找相似碱基及氨基酸的对应位置,它是用计算机进行序列分析的强大工具,分为全局比对和局部比对两类,各以Needleman-Wunsch 算法和Smith-Waterman算法为代表。由于这些算法都是启发式(heuristic)的算法,因此并没有最优值。根据比对的需要,选用适当的比对工具,在比对时适当调整空格罚分(gap penalty)和空格延伸罚分(gap extension penalty),以获得更优的比对。 除了利用BLAST、FASTA等局部比对工具进行序列对数据库的搜索外,我们还推荐使用EMBOSS软件包中的Needle软件(http://bioinfo.pbi.nrc.ca:8090/EMBOSS/),和Pairwise BLAST (https://www.360docs.net/doc/b519015967.html,/BLAST/)。以上介绍的这些双序列比对工具的使用都比较简单,一般输入所比较的序列即可。 (1)BLAST和FASTA FASTA(https://www.360docs.net/doc/b519015967.html,/fasta33/)和BLAST (https://www.360docs.net/doc/b519015967.html,/BLAST/)是目前运用较为广泛的相似性搜索工具。这两

CADD药物信息学基本知识

药物信息学初步 1药物信息学: a药物信息学是有关药物研究和开发过程中所涉及的大量小分子、大分子及其相互作用信息的学科。 b药物信息学,简单说来就是化学信息学和生物信息学的加和。 c也包括类药性、药物代谢动力学性质和毒性预测、药靶预测、高内涵筛选及代谢模型等综合信息在新药发现和发展中的整合、分析和应用。 2化学信息学与生物信息学 ?化学信息学(Chemoinformatics,Chemical Informatics),简而言之,一切与小分子化合物有关的计算机操作和运算都属于化学信息学的研究范畴,包括小分子的结构、构象、能量、性质等,也包括小分子与大分子的相互作用,还包括小分子的设计。 ?化学信息学的研究已有较长的历史,比如1960年代出现的QSAR,但作为学科名词1998年才首次出现。 ?与之相对的是生物信息学(Bioinformatics或Biological Informatics)。生物信息学是随着人类基因组计划的实施而出现的,最初仅是指对基因组序列的比较分析。但现在已发展到既对生物大分子的序列、也对生物大分子的结构、构象进行研究。针对生物大分子结构、功能等的计算研究,叫做计算生物学(Computational Biology)。 3 化学信息学在药物设计中的主要应用 ●虚拟组合化学库的设计; ●化合物数据库的相似性分析与多样性分析; ●化合物数据库的类药性分析、ADMET性质预测; ●化合物数据库的虚拟筛选; ●。。。 4 为什么要进行ADMET预测 ●ADMET是候选药物临床研究失败的主要原因(占60%)。 ●ADMET评估已成药物研发的关键,需尽早进行。 ●由于ADMET涉及药物体内过程,因此评估非常困难。 ●实验评价ADMET缺点:代价大、周期长,一般在临床前研究阶段才开始进行,且动物数据与人体数据并 不完全一致。 ●计算机预测ADMET优点:代价低、速度快,可以在化合物合成之前进行,也可以与先导物优化一起进行, 这样可将理论上具有不良ADMET性质的分子尽早排除,从而降低失败率。 5 ADMET预测的基本要求 ●要有大量可靠的实验数据供使用; ●要有合适的方式对分子结构进行表达; ●要有合适的建模方法及评价指标。 6 常规ADMET预测方法 ●分子结构采用分子描述符进行表达;分子描述符与性质之间采用统计回归分析方法建立预测模型。 ●存在的问题:分子描述符是间接描述分子,具有计算繁杂、数据可能不准确,数量众多而难以取舍,模型 可解释性差等问题。 7 基于子结构模式识别的ADMET预测方法 ●新方法:分子结构采用分子指纹进行表达;分子指纹与性质之间采用机器学习方法建立预测模型。 ●优点:跳过分子描述符而直接从分子结构出发来预测分子性质,提高了预测精度;采用信息增益技术识别 关键子结构,建立的模型具有可解释性;等等。 8生物信息学在药物设计中的应用 ●药物作用新靶标的发现与确证: ?人体内靶标 ?病原体内靶标 ●蛋白质序列比较、分析;蛋白质结构相似性比较、同源蛋白的识别。 ●蛋白质二级结构与三维结构的预测。 9 序列比对(sequence alignment) ●序列比对指将两个或多个序列排列在一起,标明其相似之处。序列中可以插入间隔(通常用短横线“-”表示)。

最新生物信息学名词解释(个人整理)

一、名词解释: 1.生物信息学:研究大量生物数据复杂关系的学科,其特征是多学科交叉,以互联网为媒介,数据库为载体。利用数学知识建立各种数学模型; 利用计算机为工具对实验所得大量生物学数据进行储存、检索、处理及分析,并以生物学知识对结果进行解释。 2.二级数据库:在一级数据库、实验数据和理论分析的基础上针对特定目标衍生而来,是对生物学知识和信息的进一步的整理。 3.FASTA序列格式:是将DNA或者蛋白质序列表示为一个带有一些标记的核苷酸或者氨基酸字符串,大于号(>)表示一个新文件的开始,其他无特殊要求。 4.genbank序列格式:是GenBank 数据库的基本信息单位,是最为广泛的生物信息学序列格式之一。该文件格式按域划分为4个部分:第一部分包含整个记录的信息(描述符);第二部分包含注释;第三部分是引文区,提供了这个记录的科学依据;第四部分是核苷酸序列本身,以“//”结尾。 5.Entrez检索系统:是NCBI开发的核心检索系统,集成了NCBI的各种数据库,具有链接的数据库多,使用方便,能够进行交叉索引等特点。 6.BLAST:基本局部比对搜索工具,用于相似性搜索的工具,对需要进行检索的序列与数据库中的每个序列做相似性比较。P94 7.查询序列(query sequence):也称被检索序列,用来在数据库中检索并进行相似性比较的序列。P98 8.打分矩阵(scoring matrix):在相似性检索中对序列两两比对的质量评估方法。包括基于理论(如考虑核酸和氨基酸之间的类似性)和实际进化距离(如PAM)两类方法。P29 9.空位(gap):在序列比对时,由于序列长度不同,需要插入一个或几个位点以取得最佳比对结果,这样在其中一序列上产生中断现象,这些中断的位点称为空位。P29 10.空位罚分:空位罚分是为了补偿插入和缺失对序列相似性的影响,序列中的空位的引入不代表真正的进化事件,所以要对其进行罚分,空位罚分的多少直接影响对比的结果。P37 11.E值:衡量序列之间相似性是否显著的期望值。E值大小说明了可以找到与查询序列(query)相匹配的随机或无关序列的概率,E值越接近零,越不可能找到其他匹配序列,E 值越小意味着序列的相似性偶然发生的机会越小,也即相似性越能反映真实的生物学意义。P95 12.低复杂度区域:BLAST搜索的过滤选项。指序列中包含的重复度高的区域,如poly(A)。 13.点矩阵(dot matrix):构建一个二维矩阵,其X轴是一条序列,Y轴是另一个序列,然后在2个序列相同碱基的对应位置(x,y)加点,如果两条序列完全相同则会形成一条主对角线,如果两条序列相似则会出现一条或者几条直线;如果完全没有相似性则不能连成直线。 14.多序列比对:通过序列的相似性检索得到许多相似性序列,将这些序列做一个总体的比对,以观察它们在结构上的异同,来回答大量的生物学问题。 15.分子钟:认为分子进化速率是恒定的或者几乎恒定的假说,从而可以通过分子进化推断出物种起源的时间。 16.系统发育分析:通过一组相关的基因或者蛋白质的多序列比对或其他性状,可以研究推断不同物种或基因之间的进化关系。 17.进化树的二歧分叉结构:指在进化树上任何一个分支节点,一个父分支都只能被分成两个子分支。 系统发育图:用枝长表示进化时间的系统树称为系统发育图,是引入时间概念的支序图。 18.直系同源:指由于物种形成事件来自一个共同祖先的不同物种中的同源序列,具有相似或不同的功能。(书:在缺乏任何基因复制证据的情况下,具有共同祖先和相同功能的同源基因。)

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