生物信息学 第5章 常用分析软件概论
生物信息学--DNAMAN
谢谢！
DNAMAN的.31
DNAMAN定义：
、 DNAMAN 是一种常用的核酸序列分析软件，由美 国 Lynnon Biosoft 公司开发的高度集成化的分子生物学应 用软件,可以用于多重序列比对、PCR 引物设计、限制性酶 切分析、质粒绘图、序列同源性分析等，已成为一种普遍
三、序列同源性分析
序列同源性分析
四、画质粒图谱
核酸序列分析
1、 核酸序列的检索 :80/entrez/query.f cgi?db=Nucleotide 2、核酸序列的同源性分析 2.1 基于NCBI/Blast软件的核酸序列同源性分 析 /blast/blast.cgi 2.2 核酸序列的两两比较 /gorf/bl2.html
3、 cDNA的基因组序列分析 3.1 通过从NCBI查询全部基因组数据库进行基因 组序列的分析 /genome/seq/page.cgi ?F=HsBlast.html&&ORG=Hs 3.2 通过从Sanger Centre查询基因组数据库进行 基因组序列的分析 /HGP/blast_server.shtml
4、核酸序列的开放阅读框架分析 基于NCBI/ORF finder的ORF分析 /gorf/gorf.html 5、 基因组序列的初步分析 5.1基因组序列的内含子/外显子分析 /urllists/genefind.htm 5.2 基因组序列的启动子分析 /projects/promoter.html
使用的DNA 序列分析工具。
DNAMAN 功能简介：
将待分析序列装入Channal 以不同形式显示序列 DNA序列的限制性酶切位点分析 DNA序列对比分析 序列同源性分析 PCR引物设计 画质粒图谱
生物信息学软件及使用技巧幻灯片
目前应用的蛋白质构造预测的算法
1. 同源预测(一级构造决定高级构造)
2. 构造与构造相比照〔DALI算法〕
3. 当前最先进的构造预测方法：
4. 构造类识别〔fold recognition〕
5.
先建立一个的构造类数据库〔fold
library)，将待测序列“穿过〞该数据库构成的
Cn3D 2.5 显示 1EQF A链三维构造
十一、质粒绘图
• winplas • Plasmid processor • DMUP beta • Vector NTI
Winplas 2.6 质粒构建
质粒绘图类 图象处理软件
一、DNA 序列片断拼接〔电 子基因克隆〕
• 获得感兴趣的EST，在dbEST数据库中找出EST的 最有途径是寻找同源序列，标准：长度≥100bp， 同源性50%以上、85%以下。
• 然后将检出序列组装为重叠群〔contig〕，以此 重叠群为被检序列，重复进展BLAST检索与序列 组装，延伸重叠样系列，重复以上过程，直到没 有更多的重叠EST检出或者说重叠群序列不能继 续延伸，有时可获得全长的基因编码序列。
生物信息学软件的意义
1. 分析和处理实验数据和公共数据，加快研 究进度，缩短科研时间。
2. 提示、指导、替代实验操作，利用对实验 数据的分析所得的结论设计下一阶段的实 验。
3. 用计算机管理实验数据。
Bioinformatics Basics
生物学软件常用功能〔核酸类〕 DNA 序列片断拼接----Contig Express 分析mRNA开放读框 限制性酶切位点分析 DNA 模拟电泳 PCR 引物设计
•
Kozak序列：GCCAUGG
生物信息学软件 (2)
生物信息学软件
生物信息学软件是一类专门用于处理、分析和解释生物学
数据的软件工具。
这些软件通常用于基因组学、蛋白质组学、转录组学和代谢组学研究中。
以下是一些常用的生物
信息学软件：
1. BLAST：用于快速在数据库中搜索相似序列的工具，对
于序列比对和亲缘关系分析非常有用。
2. ClustalW：用于多序列比对的软件，可以比较多个序列
之间的相似性和差异。
3. GROMACS：用于分子动力学模拟和分子力学计算的软件，可以模拟蛋白质、核酸等生物分子的结构和动态行为。
4. PHYLIP：用于构建进化树和系统发育分析的软件，可以根据序列的差异性推断出生物物种之间的进化关系。
5. R：一种统计软件，提供了广泛的生物信息学功能和数据处理方法。
6. Cytoscape：用于网络分析和可视化的软件，可以分析和可视化基因调控网络、蛋白质相互作用网络等。
7. NCBI工具包：由美国国家生物技术信息中心（NCBI）开发的一组工具，包括BLAST、Entrez等，用于生物序列和文献检索。
8. Galaxy：一个基于云计算的生物信息学分析平台，提供了大量的工具和工作流，方便生物学家进行数据分析和可视化。
9. MetaboAnalyst：用于代谢组学数据分析的软件，可以进行代谢物注释、统计分析、通路分析等。
10. Geneious：用于序列分析和比对、系统发育分析、基因预测等多种生物信息学任务的集成软件。
以上只是一小部分常用的生物信息学软件，随着科学研究的进展，新的软件工具不断涌现。
常用生物医学数据库与分析软件介绍-Genedenovo
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GenBank、dbEST、dbGSS、RefSeq、 GOLD、CCDS、UniGene miRBase NDB、BNASDB
Swiss-Prot、trEMBL、PIR、PRF PDB
dbSNP、HGMD、SCAN、DGV
HapMap
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生物医学数据库概览
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Ensembl: BioMart
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UCSC
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生物信息学软件的使用
多序列比对实例
输入文件的格式(fasta)： >KCC2_YEAST NYIFGRTLGAGSFGVVRQARKLSTN…… >DMK_HUMAN DFEILKVIGRGAFSEVAVVKMKQTGQVYAMKIMNK……. >KPRO_MAIZE TRKFKVELGRGESGTVYKGVLEDDRHVAVKKLEN…… >DAF1_CAEEL QIRLTGRVGSGRFGNVSRGDYRGEAVAVKVFNALD…… >1CSN HYKVGRRIGEGSFGVIFEGTNLLNN……
Clustal简介
CLUSTAL是一种渐进的比对方法，先将多个 序列两两比对构建距离矩阵，反应序列之间两 两关系；然后根据距离矩阵计算产生系统进化 指导树，对关系密切的序列进行加权；然后从 最紧密的两条序列开始，逐步引入临近的序列 并不断重新构建比对，直到所有序列都被加入 为止。ClustalW是现在用的最广和最经典的多 序列比对软件
多序列比对工具－clustalX
Clustalx是一个单机版的基于渐进比对的多序列比对 工具，由Higgins D.G. 等开发。和网络版的Clustalw 有异曲同工之效. 有应用于多种操作系统平台的版本，包括linux版， DOS版的clustlw，windows版本的clustalx等。
输入控 制命令 输入文 件名称
输出控 制命令
程序 名称
结果保存 uscle进行比对过程演示
Genedoc与BioEdit的简单介绍
GeneDoc是一个特别的排列程序，有很好的 蛋白质排列注释和分析、描影和结构定义功能 部件，就像一个反映排列的内在的进化树。 BioEdit也是一个生物序列编辑器，它的基本 功能是提供蛋白质、核酸序列的编辑、处理和 分析
生物信息学分析工具的使用教程
生物信息学分析工具的使用教程导言：在生物学领域中，随着高通量测序技术的快速发展，生物信息学分析工具的应用变得越来越重要。
这些工具能够帮助研究人员进行基因组、转录组、蛋白质组等大规模数据的分析和解释。
本文将为您介绍几种常用的生物信息学工具，并提供详细的使用指南。
一、BLAST（基因序列比对工具）BLAST（Basic Local Alignment Search Tool）是最常用的生物信息学工具之一，用于比对基因或蛋白质序列中的相似性。
以下是使用BLAST的步骤：1. 打开NCBI网站的BLAST页面，并选择适当的BLAST程序（如BLASTn、BLASTp等）。
2. 将查询序列粘贴到"Enter Query Sequence"框中，或者上传一个FASTA格式的文件。
3. 选择适当的数据库，如"nr"（非冗余序列数据库）或"refseq_rna"（已注释的RNA序列数据库）。
4. 设置相似性阈值、期望值和其他参数。
5. 点击"BLAST"按钮开始比对。
6. 结果页面会显示比对结果的列表和详细信息，包括匹配上的序列、相似性得分等。
二、DESeq2（差异表达基因分析工具）DESeq2是一种用于差异表达基因分析的R包。
以下是使用DESeq2的步骤：1. 安装R语言和DESeq2包。
2. 将基因表达矩阵导入R环境中，并进行预处理（如去除低表达基因）。
3. 根据实验设计设置条件和组别。
4. 进行差异分析，计算基因的表达差异和显著性。
5. 可视化差异表达基因的结果，如绘制散点图、MA图、热图等。
三、GSEA（基因集富集分析工具）GSEA（Gene Set Enrichment Analysis）是一种基于基因集的富集分析方法，用于识别与特定性状或实验条件相关的生物学功能。
以下是使用GSEA的步骤：1. 准备基因表达矩阵和相关的分组信息。
第3讲 生物信息学序列分析生物信息学常用软件及其使用
七、序列的同源性分析软件
Blast
ClustalW
Blast简介
BLAST 是由美国国立生物技术信息中心（NCBI） 开发的一个基于序列相似性的数据库搜索程序。
BLAST是“局部相似性基本查询工具”(Basic Local Alignment Search Tool)的 缩写。 /BLAST/(网络版)
5）但本软件缺陷之处上多克隆位点不能直接加， 只能通过点-->date-->restriction site加酶切位点， 在此对话框中加多克隆酶切位点（如加HinIII, EcoRI,BstI时，点-->date-->restriction site加酶切 位点，出现对话框后，HinIII, location比如填1，->Add site; Eco R I填3,-->Add site; Bst填5->Add site;然后点击OK. 在圆上将位点1~5处用鼠 标往旁边分别一拖，就可看见这三个位点了。
举例说明使用
二、DNA序列测定图谱分析 Chromas软件：
.au/chromas230.exe
三、限制性核酸内切酶位点的分析
（一）定义：
限制性核酸内切酶（restriction endonuclease）
识别DNA的特异序列，并在识别位点或其周围切割双链 DNA的一类内切酶。即一类能识别双链DNA分子中特异核苷酸
核酸序列6框翻译成蛋白质序列，再和核 酸数据库中的核酸序列6框翻译成的 蛋白质序列逐一进行比对。
tblastx
核酸
核酸
举例说明使用过程
>p1 MSDNGPQSNQRSAPRITFGGPTDSTDNNQNGGRNGARPKQ RRPQGLPNNTASWFTALTQHGKEELRFPRGQGVPINTNSGP DDQIGYYRRATRRVRGGDGKMKELSPRWYFYYLGTGPEASLP YGANKEGIVWVATEGALNTPKDHIGTRNPNNNAATVLQLPQ GTTLPKGFYAEGSRGGSQASSRSSSRSRGNSRNSTPGSSRGNSPA RMASGGGETALALLLLDRLNQLESKVSGKGQQQQGQTVTKK SAAEASKKPRQKRTATKQYNVTQAFGRRGPEQTQGNFGDQ DLIRQGTDYKHWPQIAQFAPSASAFFGMSRIGMEVTPSGTWL TYHGAIKLDDKDPQFKDNVILLNKHIDAYKTFPPTEPKKDKKK KTDEAQPLPQRQKKQPTVTLLPAADMDDFSRQLQNSMSGAS ADST QA
生物信息学分析
生物信息学分析
生物信息学分析是一种通过对生物序列、蛋白质结构和文献数据的分析，来探索生物相关问题的方法。
该分析包括基因组分析、转录组分析、蛋白质结构分析以及各种其他生物学分析。
基因组分析是生物信息学中最重要的部分，它用于探索基因的位置、功能和表达水平。
常用的工具包括BLAST、ClustalW、GeneFinder以及其他软件。
转录组分析用于探索基因的表达模式。
这个分析可以用来确定哪些基因在不同细胞类型中被表达，以及在不同条件下它们的表达水平如何变化。
蛋白质结构分析用于探索蛋白质的结构和功能。
它可以用来研究蛋白质之间的相互作用，也可以用来确定蛋白质的结构和功能。
常用的工具包括T-Coffee、Molecule Viewer以及其他软件。
此外，生物信息学分析还可以用于探索遗传变异、致病机制、治疗策略以及其他生物学研究问题。
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利用CpGPlot预测分析CpG岛
CpGPlot是预测CpG岛的在线工具，它是由欧洲 分子生物学实验室EMBL —— European Molecular Biology Laboratory提供的。
其网址为： /Tools/emboss/cpgplot/index.html
缩写
CAI Fop CBI ENc G+C GC3s LSil LAA GRAVY Aromo
waxy基因的序列
序 Genebank 号 登陆号
物种
基因功能
1 AY094405 Arabidopsis haliana granule bound starch synthase I mRNA
2 AF486514 Hordeum vulgare granule bound starch synthase I mRNA
CpG岛— —CpG islands
CpG岛是指DNA序列上的一个区域，此区域含有大 量相联的胞嘧啶（C）、鸟嘌呤（G），以及使两者相连 的磷酸酯键（p）。CpG岛的概念是Gardiner-garden和 Fromner于1987年提出的，基因中平均每100 Kb即可出现。 CpG岛位于基因的启动子和第一个外显子区，约有 60%~80%的人类基因的启动子和起始外显子含有CpG岛， 其中GC含量大于50%，长度超过200bp。因此搜索CpG岛 可以为基因及其启动子预测提供重要线索。
真核生物基因结构：
一个完整的真核生物基因，不但包括编码区域，还包括5' 端和3'端两侧长度不等的特异性序列，虽然这些序列不编码 氨基酸，却在基因表达的过程中起着重要的作用。所以，严 格的“基因”这一术语的分子生物学定义是：产生一条多肽 链或功能RNA所必须的全部核苷酸序列。
二、蛋白质结构
蛋白质是一种生物大分子，蛋白质中相邻的氨基酸 通过肽键形成一条伸展的肽链，这条链称为蛋白质的 一级结构，不同蛋白质其肽链的长度不同，肽链中不 同氨基酸的组成和排列顺序也各不相同。肽链上的氨 基酸残基形成局部的二级结构，各种二级结构在空间 卷曲折叠形成特定的三维空间结构。有的蛋白质由多 条肽链组成，每条肽链称为亚基，亚基之间又有特定 的空间关系，称为蛋白质的四级结构。
第5章 常用分析软件
一、基因结构
基因的概念是随着遗传学、分子生物学、 生物化学等领域的发展不断完善的。从分子 生物学角度来看，基因是负载特定生物遗传 信息的DNA分子片段，在一定的条件下能 够表达这种遗传信息，产生特定的生理功能。
原核生物基因结构：
一个完整的原核基因结构是从基因的5'端启动子区域开 始，到3'端终止区域结束。基因的转录开始位置由转录起始 位点确定，转录过程直至遇到转录终止位点结束，转录的内 容包括5'端非翻译区、开放阅读框及3'端非翻译区。基因翻 译的准确起止位置由起始密码子和终止密码子决定，翻译的 对象即为介于这两者之间的开放阅读框ORF。
CpGPlot在线操作页面
用CpGplot预测AC002390序列的CpG岛的结果
用CpGReport预测AC002390序列的CpG岛的结果
五、密码子偏好性
密码子使用偏性是指生物体中编码同一种氨 基酸的同义密码子的非均匀使用现象。这一现象 的产生与诸多因素有关，如基因的表达水平、翻 译起始效应、基因的碱基组分、某些二核苷酸的 出现频率、G+C含量、基因的长度、tRNA的丰度、 蛋白质的结构及密码子一反密码子间结合能的大 小等。所以对密码子使用偏好性的分析具有重要 的生物学意义。
DNA序列特征分析
分析DNA序列，除了进行序列比对之外，更重要的工作 是从序列中找到基因及其表达调控信息。寻找基因的工作有 两个：一是识别与基因相关的特殊序列信号，如启动子、起 始密码子，通过信号识别大致确定基因所在的区域；二是预 测基因的编码区域，或预测外显子所在的区域。在此基础上， 结合两个方面的结果确定基因的位置和结构。绝大部分基因 表达调控信息隐藏在基因序列的上游区域，在组成上具有一 定的特征，可以通过序列分析识别这些特征。
真核生物的开放阅读框
真核生物的开放阅读框不仅含有编码蛋白的外显子 （exon），而且还有内含子（intron），并且内含子将开放 阅读框分割为若干个小片段。开放阅读框的长度变化范围非常 大，因此真核生物的基因预测远比原核生物困难。但是，在真 核生物的开放阅读框中，外显子与内含子之间的连接绝大部分 情况下满足GT-AG规律：内含子序列 5' 端的起始两个核苷酸 总是GT，并且其3'端的最后两个核苷酸总是AG，即：5'GT ……AG-3'，这个规律有助于真核生物开放阅读框的识别。
利用CodonW分析密码子偏好性
CodonW是美国DEC公司开发的对密码子的使用进行分 析的免费的软件工具。此软件是建立在大量的统计学分析的 基础上，为了简化在线分析的复杂性而开发的，它可以在 Windows环境下运行，并且可以同时处理2000条以上的序列。 通过对DNA或RNA序列的分析，CodonW会产生关于密码子 使用的相关指标的统计学分析的数据，我们可以利用这些数 据对我们所要了解的序列进行分析。
其下载网址为：ftp:///cu/codonW.tar.Z。
CodonW1.4主菜单的操作页面
11个密码子使用的指标
序号
1 2 3 4 5 6Codon Adaptation Index Frequency of Optimal Codons Codon Bias Index The effective number of codons G+C content of the gene G+C content at 3rd position of synonymous codons Silent base composition Number of silent sites and amino acids Hydrophobicity of protein Aromaticity score