基因组注释
ncbi基因组注释流程
ncbi基因组注释流程
在 NCBI（National Center for Biotechnology Information）进行基因组注释的流程通常包括以下步骤：
1. 数据获取：从 NCBI 或其他数据库获取基因组序列数据。
2. 基因预测：使用基因预测软件或算法，如 Genscan、 Augustus 等，对基因组序列进行基因预测。
3. 转录本注释：将预测得到的基因与已知的转录本数据库进行比对，注释基因的结构和功能。
4. 蛋白质注释：将注释后的基因翻译成蛋白质序列，并与已知的蛋白质数据库进行比对，注释蛋白质的功能、结构和家族等信息。
5. 功能注释：利用生物信息学工具和数据库，对基因和蛋白质进行功能注释，包括基因本体（Gene Ontology）注释、通路注释等。
6. 基因组比较：将注释后的基因组与其他已知的基因组进行比较，发现基因组中的保守区域、基因家族等信息。
7. 数据整合与可视化：将注释结果整合到数据库中，并通过可视化工具展示基因组的结构、基因和蛋白质的分布等信息。
NCBI 提供了一系列的数据库和工具来辅助基因组注释，但具体的注释流程可能因项目需求和数据特点而有所不同。
此外，基因组注释是一个不断发展的领域，新的技术和方法不断涌现，因此建议关注最新的研究进展和工具使用。
基因组注释
基因组注释主要包括四个研究方向：重复序列的识别；非编码RNA的预测；基因结构预测和基因功能注释。
我们将分别对这四个领域进行阐述。
1：重复序列的识别。
重复序列的研究背景和意义：重复序列可分为串联重复序列（Tendam repeat）和散在重复序列(Interpersed repeat)两大类。
其中串联重复序列包括有微卫星序列，小卫星序列等等；散在重复序列又称转座子元件，包括以DNA-DNA方式转座的DNA转座子和反转录转座子(retrotransposon)。
常见的反转录转座子类别有LTR,LINE和SINE等。
重复序列识别的发展现状：目前，识别重复序列和转座子的方法为序列比对和从头预测两类。
序列比对方法一般采用Repeatmasker软件，识别与已知重复序列相似的序列，并对其进行分类。
常用Repbase重复序列数据库。
从头预测方法则是利用重复序列或转座子自身的序列或结构特征构建从头预测算法或软件对序列进行识别。
从头预测方法的优点在于能够根据转座子元件自身的结构特征进行预测，不依赖于已有的转座子数据库，能够发现未知的转座子元件。
常见的从头预测方法有Recon，Piler，Repeatscout,LTR-finder，ReAS等等。
重复序列识别的研究内容：获得组装好的基因组序列后，我们首先预测基因组中的重复序列和转座子元件。
一方面，我们采用RepeatScout、LTR-finder、Tendem Repeat Finder、Repeatmoderler、Piler等从头预测软件预测重复序列。
为了获得从头预测方法得到的重复序列的类别信息，我们把这些序列与Repbase数据库比对，将能够归类的重复序列进行分类。
另一方面，我们利用Repeatmasker 识别与已知重复序列相似的重复序列或蛋白质序列。
通过构建Repbase数据库在DNA水平和蛋白质水平的重复序列，Repeatmasker能够分别识别在DNA水平和蛋白质水平重复的序列，提高了识别率。
10-第05章-2基因组注释-实验验证
因 数目
1）生物的复杂性与其所含的基因数目并不成比例，高等植物如葡萄 的基因数目比人类多出800多个。2）基因数并不等同于蛋白质数。 由于基因通过pre-mRNA的可变剪接可产生多个甚至数十个mRNA， 使其编码蛋白质的潜能大大增加。复杂生物mRNA可变剪接的数目 远多于简单生物。
人类基因组的 基因注释
1) 上调基因的表达： 基因过表达 (gene overexpression)
2）破坏基因的表达： 基因剔除（gene knockout） 下调表达（Knockdown）: 如RNAi, 基因组编（ZFN, TALEN, CRISPR/Cas9, CRISPRi）
转基因过表达
检测基因功能
Simonet WS等在老鼠肠组织 中发现一个全长cDNA，它 所编码的蛋白属于肿瘤坏 死因子受体（ TNFR）家 族成员，具有可分泌糖蛋 白特点，但功能未知。将 其导入小鼠细胞获得转基 因过表达小鼠。表型检测 发现，这个被称之为骨保 护素(OPG)的蛋白在骨骼 发育中可调控成骨细胞和 骨吸收细胞之间的平衡， 以剂量依赖方式影响小鼠 的骨骼发育。
全长cDNA克隆
MMLV逆转录酶以mRNA为 模板合成单链cDNA，到 达模板mRNA的5 ’端时 会在互补单链cDNA的3’ 端添加额外的数个CCCC-碱基。利用这一特 点，人工合成5 ’XXXXXGGGG-3 ’引物， 与单链cDNA的5’-CCCC -互补，可合成全长单链, 并进一步合成双链cDNA。 如果单链cDNA的合成不 能到达mRNA的5’末端， 这些cDNA的扩放将终止。 最终获得的都是全长双 链cDNA。
确 定 基 因 边 界
GIS（gene identification signature, 基因鉴别信号）是一种确定定接头，获取成对末端标签。随后构 建成对末端，测序后将末端序列锚定到基因组DNA。
基因组注释
基因组注释
基因组注释
基因组注释是利用基因组序列，通过预测基因结构和功能，来研究物种的遗传基础的一种方法。
基因组注释的目的是通过计算机分析来获得基因结构和功能的信息，以及某种物种的基因组的组成。
它的基本过程是通过对基因组序列进行预测，以及对预测出来的基因结构和功能进行分析，以及对这些信息进行数据库检索，从而获得基因的功能信息和组成信息。
基因组注释的主要步骤包括：基因组序列预测、基因结构分析、功能预测、功能注释和数据库检索等。
首先，要分析基因组序列，以找出基因，利用计算机软件，以及结合基因组物种的特性，来预测可能存在于基因组中的基因，并且可以推断其结构和功能。
其次，要进行基因结构分析，以确定基因结构，从而预测基因功能。
最后，要进行功能注释和数据库检索，以确定基因的功能与结构，从而推断其在物种中的作用。
基因组注释是一种重要的方法，可以深入研究物种的遗传基础，有助于探索新的生物学知识，为生物学研究提供重要的信息。
基因组学中的基因注释及其功能研究
基因组学中的基因注释及其功能研究随着现代科技不断的发展，人类对于基因组学的研究也愈发深入。
基因组学是指一种研究思想，旨在探索生物体的基因组结构、功能、演化和调控等相关问题。
基因组学的发展给生物学、医学和农学等相关领域带来了许多重要的应用与发现，其中基因注释是基因组学研究中极为重要的一部分。
本篇文章将以基因注释及其功能研究为主题，探讨其在基因组学中的重要性以及其未来的发展方向。
一、基因注释的概念及其意义基因注释指的是对基因组中的基因（gene）进行识别、分类、标记和注释。
将基因组序列中的编码序列（coding sequence, CDS）与非编码序列（non-coding sequence, NCS）进行区别，并对编码序列进行结构和功能描述，这就是基因注释的主要内容。
基因注释的作用是，可以为我们了解基因组提供重要的信息。
基因组数据的获取通常比较容易，但是从海量的数据中分离出具有功能的基因和相关的调控元件，并对其进行解读，需要借助于基因注释这样的工具。
基因注释较为常用的方式有以下三种：1. 基于比对的注释这种方式是将基因组中的序列通过比对所确定的蛋白质数据库进行注释。
通过将已知的蛋白质序列与基因组序列进行比对，可以快速准确地预测出基因组中的候选基因和编码序列。
由于这种方法利用了已知的蛋白质信息，所以其注释结果可以较为精确。
2. 基于预测的注释这种方式是利用计算机算法和基于生物学的假设，对基因组序列进行基因或基因元件的预测。
例如，早期的基因预测计算机软件（如Genscan）就采用一些经验性规则和模型，通过统计计算出一些可能的编码序列和exon（外显子）边界。
虽然基于预测的注释不如基于比对的注释那样准确，但仍具有一定的可靠性。
当处理未知物种的基因组数据时，基于预测的注释往往是唯一的选择。
3. 基于实验的注释这种方式是通过各种实验手段来辅助对基因组进行注释，例如基于转录组的注释、基于蛋白质组的注释、基于CAGE（5’端全长RNA转录组测序技术）的注释以及基于启动子测序数据的注释等。
基因序列分析与注释的研究方法
基因序列分析与注释的研究方法基因序列分析和注释是现代生物学领域中的重要研究方法。
随着科技的不断进步和创新，生物学研究方法也在不断地发展和完善。
在这些方法中，基因序列分析和注释是非常重要的，它们可以帮助我们更好地理解和预测生物的遗传特征。
一、基因序列分析基因序列分析是指首先获取DNA序列，然后对该序列进行分析。
基因序列分析通常涉及到以下的几个方面：基因组比较和分析、拼接和修补、序列质量控制，基因组注释等等。
1. 基因组比较和分析基因组比较和分析是指将两个或多个基因组的序列进行比较，以研究它们之间的相同性或差异性。
比较的方法包括比较DNA的一般结构和功能序列的相似性。
基于比较分析，可以得出生物分类、进化和种群分布等方面的结论。
2. 拼接和修补拼接和修补是指将多个不完整的DNA序列拼接成一条完整的序列，以便进一步的分析。
这个过程需要通过软件和算法来完成，其中最常用的是基于De Bruijn 图的算法。
3. 序列质量控制序列质量控制是指对不同的序列进行质量检测和控制，以确保数据的准确性和可靠性。
序列质量控制的方法包括使用质量峰（Phred）分值、去除低质量序列和过滤跨越边界的序列等。
二、基因组注释基因组注释是指对基因组序列进行注释，以确定基因的结构、功能和表达。
基因组注释通常包括以下内容：基因预测、基因定位、可变剪接分析、调控元件注释等。
1. 基因预测基因预测是指通过软件和算法对未知的DNA序列进行分析，以确定哪些区域是编码基因。
基因预测提供了对基因组序列功能的了解，同时也是细胞和组织分化以及人类疾病研究的重要基础。
2. 基因定位基因定位是指将基因的位置比对到已知的染色体上，以确定基因在基因组中的位置。
基因定位是研究基因功能和疾病遗传学的基础。
3. 可变剪接分析可变剪接是指同一个基因在不同的组织和环境中通过不同的剪接方式产生不同的mRNA，并通过翻译产生不同的蛋白质。
可变剪接分析可以帮助我们更好地了解基因组的功能，并研究疾病在不同组织中的表达。
细菌基因组注释
细菌基因组注释什么是基因组注释基因组注释是指对已测序的基因组进行分析和解释的过程。
它是将基因组序列映射到相关数据库中已知的基因和功能信息的过程，从而可以推断出基因和非编码区域的功能。
基因组注释的意义基因组注释是分子生物学和遗传学研究的重要一环，它能够为基因的功能研究提供重要的线索。
通过基因组注释，我们可以了解基因组中编码的蛋白质的功能和特征，揭示基因组的结构和组织，进而帮助我们理解细菌的生物学过程。
基因组注释流程1. 数据预处理在进行基因组注释之前，首先需要对基因组序列进行预处理。
这包括去除低质量序列、过滤掉重复序列和序列污染等处理，确保后续的分析过程准确可靠。
2. 基因预测基因预测是基因组注释的重要一步，目的是识别基因组中编码蛋白质的基因。
常用的基因预测软件包括Glimmer、GeneMark和Augustus等。
这些软件会根据一系列的统计模型和特征来预测基因的位置和结构。
3. 基因功能注释基因功能注释是对基因进行功能预测和注释的过程。
这通常可以通过比对基因序列与已知功能的数据库（如NCBI的non-redundant数据库和Swiss-Prot数据库）来实现。
通过比对和基因序列的相似性，可以预测出基因的功能和特征。
4. 基因组结构注释基因组结构注释是对基因组中非编码的功能元件进行注释的过程。
这包括转录起始位点（Transcription Start Site, TSS）的预测、小RNA和小密码子RNA的注释等。
这些注释贡献着基因组的整体结构和功能。
基因组注释工具1. BLASTBLAST（Basic Local Alignment Search Tool）是一种常用的比对工具，可以用于比对基因组序列与已知序列数据库之间的相似性。
通过BLAST，可以找到与基因组序列相似的已知序列，进而预测基因的功能和特征。
2. PfamPfam是一个用于预测蛋白质结构和功能的数据库。
它基于蛋白质家族和域的概念，通过比对基因组序列与Pfam数据库的蛋白质家族和域来预测基因的功能。
第5章_基因组注释
* 所有生物都有密码子偏倚，预期真正的外显子有密码子偏 倚，而非编码区，三联核苷酸随机排列不会有密码偏倚现 象，只有平均的碱基分布水平。所以根据已有的生物密码 子偏倚的资料在编写计算机程序时会写入这些限制，许多 基因注释程序会写明适用于哪些物种
人类，果蝇和大肠杆菌中精氨酸密码使用频率的比较
i) 原核生物中ORF扫描可有效定位基因
原核生物的ORF是指从起始密码子到终止密码子的一段 序列，通常代表一个编码蛋白质的基因
start codon: ATG
stop condon: TAA, TAG,TGA
•
ORF扫描的关键是stop codon 在6种读框中出现的频率， 一般长的ORF（不少于100个codon)可能代表一个基因
• 序列相似性的表现：
① 存在某些完全相同的序列 ② ORF读框的排列类似，如等长的外显子 ③ ORF指令的氨基酸顺序相同 ④ 模拟的多肽高级结构相似
• 比较基因组学是一种更准确的同源搜寻方法
运用基因组之间的同线性可以检测短ORF的真实性
常用的基因注释软件
1) ab initio 基因预测软件
2016/1/8
48
§ 5.3.2 蛋白质组研究
用蛋白谱（protein profiling)来研究蛋白质组组成
蛋白谱基于双向电泳技术和质谱分析技术
建立蛋白质相互作用图谱，能展现一个蛋白质组 中各成员间的相互作用，是连接蛋白质组学和细 胞生物化学过程的一个重要步骤
2-DE
pH3 IEF
显子和内含子的边界 • 要获得单个cDNA，首先需要构建cDNA，然后用目的 基因DNA片段筛选
•
对于不完整的cDNA,可根据已知片段设计引物，通过RACE
- 1、下载文档前请自行甄别文档内容的完整性，平台不提供额外的编辑、内容补充、找答案等附加服务。
- 2、"仅部分预览"的文档,不可在线预览部分如存在完整性等问题,可反馈申请退款(可完整预览的文档不适用该条件!)。
- 3、如文档侵犯您的权益，请联系客服反馈,我们会尽快为您处理(人工客服工作时间：9:00-18:30)。
2) Esemble注释: 24 847 (2003年)
Ensembl is a joint project between EMBL-EBI and the Sanger Institute to develop a software system which produces and maintains automatic annotation on eukaryotic genomes.
什么是功能域 (domain)?
定义: 1) Region of a protein with a distinct tertiary structure (e.g, globular or rodlike) and characterristic activity; homolgous domains may occur in different protein. (引自“Molecular Cell Biology”) 2) A continuous part of the amino acid sequence of a protein that can be equated with a particular fuction. (引自“Gene VII”) 3) Portion of a protein that has a tertiary structure of its own. In larger proteins each domain is connected to other domain by short flexible regions of polypeptide. (引自“Molecular Biology of The Cell”)
效率与准确率比较
-----------------------------------------------------------------------------------------program sensitivity specificity missed exon (%) wrong exon (%) -----------------------------------------------------------------------------------------FGENESH 77.1 65.7 9.6 23.2 GenScan 66.5 44.9 12.0 40.9 HMMGene 69.5 36.6 15.5 55.5 -----------------------------------------------------------------------------------------引自: /berry.phtml
3) EBI: 27 462 (2003, nature 423:576) 4) Genscan: 65 452 许多人倾向于不可能知道人类基因组精确的基因数.
几种模式生物注释的基因总数
大肠杆菌(E.coli): 4 800 酵母(yeast): 6 200 线虫(nematode): 19 000 果蝇(fly): 13 600 拟南芥(Arabidopsis): 25 000 水稻(rice): 60 000 玉米(maize): 59 000 老鼠(mouse): 30 000
终止密码子: TAA, TAG,TGA
GC% = 50% 终止密码子每 64 bp出现一次；
GC% > 50% 终止密码子每100－200 bp 出现 一次； 由于多数基因 ORF 均多于50个密码子，因此 最可能的选择应该是 ORF 不少于100 个密码子。
细菌基因组的ORF阅读相对比较简单，错误 的概率较少，但单纯的ORF扫描对高等真核 生物DNA效果不佳。
内含子使ORF扫描复杂化
内含子的出现给计算机判读基因带来不少问题， 对ORF扫描的基本程序的编写要考虑以下几个问 题： 1）密码子偏倚； 2）外显子—内含子边界； 3）上游调控序列。
1）密码子偏爱性
编码同一氨基酸的不同密码子称为同义密码， 其差别仅在密码子的第3位碱基不同。 不同种属间使用同义密码的频率有很大差异， 如人类基因中，丙氨酸（Ale）密码子多为 GCA，GCC或GCT，而GCG很少使用。 特定种属有特征性的密码子偏爱，这些序列在 编码区常常出现，非编码区只保持平均的碱基 分布水平。
若将第一个ATG中的碱基A，T，G分别标为1， 2，3位，则Kozak规则可描述如下： (1) 第4位的偏好碱基为G； (2) ATG的5‟端约15bp范围的侧翼序列内不含
碱基T；
(3) 在-3，-6和-9位置，G是偏好碱基；
(4) 除-3，-6和-9位，在整个侧翼序列区，C是
偏好碱基。
b. 终止密码子
2. 通过对DNA序列进行实验分析，看其能否表 达基因产物。
5.1.1 根据基因结构特征搜寻基因
基因不是核苷酸的随机排列而是具有明显特征： 基因的编码区是可读框。
可能的六种ORF
1. 根据开放读码框预测基因
a. 起始密码子ATG：
第一个ATG的确定则依据Kozak规则： Kozak规则是基于已知数据的统计结果， 所谓Kozak规则，即第一个ATG侧翼序列的 碱基分布所满足的统计规律。
2）外显子－内含子边界
外显子和内含子的边界有一些明显的特征如： 内含子的5„端或称供体位（donor site）常见的顺序为 5‟-AG↓GTTAAGT-3‟； 3‟端又称受体位（acceptor site), 多为 5„PyPyPyPyPyPyCAG-3‟(“Py”嘧啶核苷酸，T或C)；
上游外显子-内含 子边界的共有序列 在真正基因中发现 的真实序列之间的 关系。
相似性与一致性
249 MFN-MAI PFGAGAYAQALNQQQAALMASVAQGG 232 I LTSL TLPFS AGAYAQALNQQQTTV I S - -T S GS 注: 红色为一致性氨基酸, 蓝色为可取代氨基酸, 白色为趋 异氨基酸. 一致性氨基酸百分比为红色氨基酸所占的 比例, 相似性氨基酸百分比为红色和蓝色氨基酸相加 所占的比例.
人类基因注释标准
Known gene: 与人类已知cDNA和蛋白质顺序同源的基因. Novel gene: 与脊椎动物cDNA或其它物种蛋白质同源的 基因. Novel transcripts: 与novel 基因相似,但确少明确的ORF. Putative gene: 有同源EST支持, 但缺少cDNA或ORF. Predicted gene: 数据库中至少有一个外显子支持, 但缺 少cDNA或明确的ORF. Pseudogene(假基因): 与已知蛋白质有50%的同源性,但 cDNA残缺,在其它位点存在正常的同源基因的顺序. 引自: Nature 414:865-871, 2001(人类22号染色体注释)
引自: Nature reviews genetics, 4:741-749,2003.
不同注释软件之间的效率
Performance of three popular gene prediction programs on 42 semiartificial genomic sequences containing 178 known human gene sequences (900 exons). Sensitivity is percentage of exons that are predicted correctly. Selectivity is percentage of predicted exons that are correct. Reproduced with changes from Yada et al., 2002 Cold Spring Harbor Genome Sequencing and Biology Meeting, May 7-11, 2002. FGENESH is by far the most accurate of three programs.
基因注释软件
1)目前基因注释程序的编写主要依据两种信息内涵: 1.signal terms ( 信号指令 ), 如起始密码 , 终止密码 , 终止信号 , 剪接受体位与供体位序列 , 多聚嘧啶顺序 , 分支点等保守的顺序组成; 2.content terms (内容指令), 如密码子使用偏好. 对结构紧凑的小基因组上述注释软件效果不错,但对大基 因组特别是超长基因的注释有很大困难.在一个长度数十 或数百kb的内含子中, 存在许多可能误判的信号指令. 2) 常 用 的 注 释 软 如 GenScan 主 要 偏 重 于 内 容 指 令 , 而 FgeneSH则着重于信号指令. 由于每种生物都有种属专一 性的密码子偏好,也存在某些非保守的信号指令, 因此在 超长基因注释中常出现正向错误(false-positive, 多注 释)或负向错误(false-negetive, 少注释).
人类基因总数可能是永远解不开的迷?
1. 人类基因总数的预测有三种方法: cDNA和ESTs顺序, 机算机注释, 比较基因组学(保守的ORF). 2. 已报道的人类基因总数的版本: 1) Celara: 27 894 HGR: 29 304 (Esemble)(2000)
Celara与HGR的注释基因有7000个不同, 相同的为20000 左右, 加上不同的注释约34 000个.
功能域注释
1) 任何基因编码的蛋白质都由一些在高级结构 水平具有特征性的功能域组成, 如引导肽, 受体区, 激酶区, DNA或RNA结合域等。 2) 功能域具有很强的保守性, 关键的氨基酸组 成及其排列位置是相当衡定的,是鉴定功能域 的主要标识。 3) 功能域是目前确定基因功能的主要依据之一. 4) 已由许多专门的功能域注释软件,可用于基因 组序列的注释。
基因同源性只有“是”和“非”的区别, 无所谓百 分比.
2) 一致性(identity)：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. 3) 相似性(similarity)：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。可取代氨基酸系指具有相同性质如极 性氨基酸或非极性氨基酸的成员, 它们之间的 代换不影响蛋白质(或酶)的生物学功能。