上机操作2_核酸序列分析(1)
核酸序列分析
思考题
1.第一代DNA测序技术的核心技术 A.Sanger的双脱氧链终止法 B.Maxam和Gilbert的化学降解法 C.荧光标记技术 D.PCR技术 E.DNA自动分析技术
2. Sanger双脱氧链终止法使用的链终止物
A. NTP
B. dNTP
C. ddNTP
D. a-32P-dNTP E. a-35S-dNTP
• 反应体系中包含：模板 DNA,
Taq酶, dNTPs, ddNTPs和测 序引物；
• 反应过程：
变性－复性－延伸－终止
双脱氧链终止法基本原理：
➢利用DNA聚合酶不能
够区分dNTP和ddNTP的
特性，使ddNTP参入到
寡核苷酸链的3’-末端。
因为ddNTP 3’不是-OH，
不能与下一个核苷酸聚
合延伸，从而终止DNA 链的增长。
目前，应用最广泛的应用生物系统公司(applied biosystems ，ABI)3730系列自动测序仪即是基于毛细管 电泳和荧光标记技术的DNA测序仪。
如ABI3730XL测序仪拥有96道毛细管，4种双脱氧核 苷酸的碱基分别用不同的荧光标记，在通过毛细管时不同长 度的DNA片段上的4种荧光基团被激光激发，发出不同颜色 的荧光，被CCD检测系统识别，并直接翻译成DNA序列。
2011：5000美元测定一个人类基因组 2014：上万元测定一个人类基因组
未来目标：1000/100 美元测定一个人类基因组
1、第一代DNA测序技术
第一代DNA测序技术： 传统的双脱氧链终止法、化学降解法以及在它们的基
础上发展来的各种DNA测序技术。
第一代DNA测序技术包括：双脱氧链终止法、化学降 解法、荧光自动测序技术。
上机实习二：数据格式和数据转换(bioedit和readseq)
分析方法－翻译选择的DNA序列区段（举例2）
在SRS检索主页（）点击“Tools” 在Tool网页选择“Nucleic Tools→Nucleic Translation →Transeq”，点击“Launch” 在Transeq网页选择阅读框和遗传密码类型，输入编 码区，粘贴序列 分析结果
File：文件菜单
Edit：编辑菜单 Sequence: 序列菜单 Alignment： 排列菜单 View：视图菜单 Accessory Application：应用程序菜单 RNA：RNA序列分析菜单 World wide web：网络菜单 Options：选项菜单 Window：窗口菜单 Help：帮助菜单
6. 上机操作
分别在Genbank数据库中检索NM_015013 ，并查 看该序列的文本（flat file）文件内容; 试比较Genbank和EMBL格式中主要字段的异同 ； 熟悉Bioedit综合序列分析软件，会利用该软件对 NM_015013 序列进行以下分析： 1. 确定DNA序列的分子量和碱基组成 2. 序列变换 3.分析限制性内切酶切割位点 4.DNA序列格式修饰 会利用readseq在线程序进行序列格式的转换。
互补序列 （complement)
反向序列 （reverse)
AGAGCACTCTAGATCGTAAGTAGAGTGACGCACACCTGGGTACCGGTAAAAA
生物化学领域中的核酸序列分析方法
生物化学领域中的核酸序列分析方法生物化学领域中，核酸序列分析是研究DNA和RNA分子的序列信息的方法。
通过分析和解读核酸序列，可以揭示生物分子的结构、功能和进化关系，对于理解基因组学、遗传学、分子生物学和生物信息学等领域具有重要意义。
本文将介绍几种常用的核酸序列分析方法。
首先，序列比对是核酸序列分析的基础方法之一、由于生命的进化过程中，生物分子的序列经历了数亿年的演化，因此比对不同物种的核酸序列可以揭示它们的进化关系。
常用的核酸序列比对软件有BLAST和ClustalW等。
BLAST（Basic Local Alignment Search Tool）通过算法在数据库中具有相似序列的记录，并计算出序列之间的相似度。
ClustalW 则允许用户输入多个序列，进行多序列比对，帮助研究人员发现序列之间的共同特征。
其次，序列标识和注释也是核酸序列分析的重要方法。
由于大量的基因组数据可用于分析，准确标识和注释核酸序列是理解基因功能和预测蛋白质功能的关键。
常用的标识和注释软件有GeneMark和NCBI的RefSeq 数据库。
GeneMark是一种基因识别软件，可以预测DNA序列中的开放阅读框（ORF）和编码的蛋白质。
而NCBI的RefSeq数据库则包含了大量经过注释的核酸序列和相应的蛋白质信息。
此外，RNA结构预测也是核酸序列分析的重要方法之一、RNA结构决定了其功能，因此准确预测RNA结构对于理解RNA的功能和与其他分子的相互作用具有重要意义。
常用的RNA结构预测软件有Mfold和ViennaRNA Package。
Mfold通过计算RNA分子的最低自由能结构来预测RNA的二级结构，而ViennaRNA Package则进一步考虑到RNA分子中的众多因素，如碱基配对、环和偏移等，提供更加准确的结构预测结果。
最后，基因组序列分析也是生物化学领域中常用的核酸序列分析方法。
基因组是一个生物体遗传信息的完整集合，通过对基因组序列的分析，可以揭示基因的结构和功能。
核酸序列分析在生物学研究中的应用研究
核酸序列分析在生物学研究中的应用研究生物是自然界的奇妙之物，它们的存在、繁衍和进化向我们展示了生命的精彩。
生物学研究涵盖了多方面，其中一项重要的研究内容是分子生物学。
分子生物学研究生物体内的化学、结构，包括分子特性、基因组结构及其功能的分子成分和相互作用。
核酸序列分析就是分子生物学中的一项重要研究，其广泛应用于生物学实验室和研究中。
一、核酸序列分析的概述核酸（DNA或RNA）是生命的基础物质，它们的序列对生物体的基因表达和维持至关重要。
核酸序列分析根据一定的技术与操作方法对核酸序列进行分析，以研究生物体的性状、特性和功能。
基础的核酸序列分析方法包括DNA测序、基因组、转录组和蛋白质组分析等。
DNA测序可以用于研究基因变异、突变、重组和DNA 修复等各方面。
基因组学是研究基因组序列和功能的领域，可以从基因组中分离出整个基因组的 DNA，借助测序方法对其进行分析。
转录组学则探究特定的基因在特定的环境下表达的情况，蛋白质组学是分析蛋白质组成成分的研究，可以为新的药物发展和治疗打下基础。
二、核酸序列在生物学研究中的应用（一）基因序列的分析核酸序列分析是研究遗传信息的重要方法。
基因是核酸序列中的一个重要组成部分，因此基因序列分析是核酸序列分析的重要内容之一。
为了从基因序列中获取更多的信息，基因序列分析需要结合许多别的方法，包括基因的表达、功能研究和相互作用网络等。
常用于基因序列分析的方法有PCR技术、Southern blotting技术和Northern blotting技术等。
基因序列分析的结果可以对基因的结构和功能有更加深入地认识，有助于研究生物体的遗传机制。
（二）基因组学的研究基因组学是研究基因组序列和功能的研究。
基因组学目前已经发展成为一个极为庞大且多学科交叉领域的学科。
基因组序列在研究组成和功能时，一般会经过手段的选择性放缩，以达到体积和指向性更强的研究对象。
它可以从基因组DNA片段中寻找遗传信息、研究功能基因和序列的进化历史，对科学家们研究生命的本质提供了新的视角和手段。
核酸序列分析ppt课件
第一节 核酸序列的检索
一、 Entrez检索系统
(/sites/gquery?itool=toolbar)
二、 SRS 检索系统
()
三、DBGET/LinkDB检索
第二节 核酸序列的基本分析
一、 分子质量、碱基组成、碱基分布
/unigene
二、基因的电子定位分析
通过序列标签位点（STS）定位 通过UniGene/RH技术定位 利用基因组序列定位
1. 利用STS数据库进行定位
利用NCBI的电子PCR资源
（/sutils/e-pcr/forward.cgi）
()
四、克隆测序的分析
1. 测序峰图的查看
澳大利亚Conor McCarthy开发的Chromas.exe程序， 且BioEdit软件和DNAMAN软件都可以查看。
2. 核酸测序载体序列的识别与去除
测序克隆被宿主菌核酸序列污染，或目的克隆 来自于宿主菌，可通过Blastn直接对GenBank或 EMBL数据库进行相似性分析进行判断。
核酸序列分析
核酸序列分析是生物信息学应用中的一个重 要方面，一般包括：DNA碱基组成、密码子的偏 向、内部重复序列、特殊位点（限制性位点及转 录、翻译和表达调控相关信号）、编码区分析、 一二级结构等。
第一节 核酸序列的检索 第二节 核酸序列的基本分析 第三节 核酸序列的电子延伸 第四节 基因的电子表达、定位分析 第五节 基因识别 第六节 核酸序列的提交
终止密码子（TGA、TAA或TAG）数量较少； ORF达到一定的长度； 密码子使用的偏好性，第3个碱基G/C出现的频率较高； 与已知基因比较有序列相似性； 与模板序列的模式相匹配可能指示功能性位点的位置。
编码区的一些信号：
2.1 核酸序列分析
种密码子偏倚必定与两碱基相邻频率水平有关。
表4还清楚地表明，由于密码子第3位置上碱基的改变 常常不会改变氨基酸的类型，因而对第3位置上碱基的约 束要比第 2位碱基小得多。
表4 64种可能的碱基三联体密码子及相应的氨基酸数（据图1序列）
相邻碱基之间的关联将导致更远碱基
之间的关联，这些关联延伸距离的估计 可以从马尔科夫链(Markov chain)理论 得到(Javare和Giddings，1989)
行学习或训练，由于训练所用的序列毕竟是有限的，所以对那些与学习过 的基因结构不太相似的基因，这些算法的预测效果就要大打折扣了 要解决以上两个问题，需要对基因结构进行更深入的研究， 寻找隐藏在基因不同结构中的内在统计规律。
2．发现基因的一般过程
从序列中发现基因可以理解为基因区域预测和基因功能预测2个层次
的方法对编码序列的预测准确率高达90%以上，而且
在敏感性和特异性之间取得了很好的平衡
预测方法中，最早是通过序列核苷酸频率、密码子等特性进行预测(如 最长ORF法等)，随着各类数据库的建立和完善，通过相似性列线比对 也可以预测可能的基因。同时，一批新方法也被提了出来，如隐马尔 可夫模型(Hidden Markov Model,HMM)、动态规划法(dynamic programming)、法则系统(ruled-based system)、语言学(linguistic) 方法、线性判别分析(Linear Discriminant Analysis,LDA)、决策树 (decision tree)、拼接列线(spliced alingment)、博利叶分析(Fourier analysis)等。 下表列出了claverie(1997)对部分程序预测基因区域能力的比较结果， 表中同时列出了相应算法和程序的网址。
新冠病毒实验室常见检测方法
新冠病毒实验室常见检测方法新冠病毒自2019年底首次爆发以来，全球范围内造成了巨大影响。
为了有效防控疫情，实验室检测成为了一个至关重要的环节。
本文将介绍新冠病毒实验室常见的检测方法，包括核酸检测、抗体检测和血清学检测，以期为疫情防控提供参考。
核酸检测是一种通过检测病毒核酸序列来确诊感染的方法。
新冠病毒核酸检测主要围绕病毒的基因组进行，通过特定的引物和探针，检测病毒特异性的核酸序列。
核酸检测具有较高的特异性和灵敏度，能够准确快速地检测出病毒的存在。
样本采集：通常采用鼻咽拭子、痰液或肺泡灌洗液等作为检测样本。
检测方法：主要包括实时荧光PCR和核酸测序等方法。
结果判断：如果样本中的病毒核酸序列与新冠病毒特异序列匹配，则判断为阳性。
抗体检测是通过检测血液中是否存在针对某种病原体的特异性抗体来判断是否感染过该病原体。
新冠病毒抗体检测可以通过检测血液中是否存在新冠病毒的特异性抗体来判断个体是否感染过新冠病毒。
检测方法：采用酶联免疫吸附试验（ELISA）或化学发光免疫分析（CLIA）等免疫学方法。
结果判断：如果血液中存在新冠病毒的特异性抗体，则判断为阳性。
血清学检测是通过检测血清中免疫指标的变化来判断是否感染过某种病原体。
新冠病毒血清学检测可以通过检测血清中的免疫指标来判断个体是否感染过新冠病毒。
检测方法：采用免疫沉淀、免疫荧光等技术检测血液中是否存在新冠病毒的抗原或抗体。
结果判断：如果血液中存在新冠病毒的抗原或抗体，则判断为阳性。
核酸检测具有较高的特异性和灵敏度，能够准确快速地检测出病毒的存在，但核酸检测需要精密的仪器和专业的技术人员，且操作复杂。
抗体检测和血清学检测操作相对简单，适用于大规模筛查，但无法准确判断病毒的实时感染状态，且存在一定假阳性或假阴性的可能性。
新冠病毒的实验室检测在疫情防控中发挥着重要作用，核酸检测、抗体检测和血清学检测均具有各自的优势和不足。
在实际应用中，应根据不同的检测需求和实际情况选择合适的检测方法。
核酸序列的基本分析
功能域和蛋白质互作预测
总结词
识别蛋白质中的功能域以及预测蛋白质 之间的相互作用。
VS
详细描述
功能域是蛋白质中负责特定生物功能的区 域，通过分析核酸序列，可以识别出蛋白 质中的功能域，进一步了解其生物学功能 。此外，还可以利用生物信息学方法预测 蛋白质之间的相互作用，揭示基因网络中 的相互关系。
系统生物学和网络分析
基因组组装
01
基因组组装是将测序得到的短读段组装成完整的基因组序 列的过程。
02
基因组组装是基因组学研究中的关键步骤，对于理解基因 组结构和功能、发现新基因和基因变异等具有重要意义。
03
基因组组装可以使用各种软件和算法，如SOAPdenovo、 Velvet和Abyss等，根据不同的测序技术和数据类型选择合适
核酸序列的表示方法
符号表示
通常使用大写字母表示碱基，如A代表腺嘌呤，G代表鸟嘌呤，C代表胞嘧啶， T代表胸腺嘧啶。
转录和翻译
DNA中的信息通过转录过程传递给RNA，然后通过翻译过程将RNA的信息转化 为蛋白质。
核酸序列的来源和测序方法
来源ห้องสมุดไป่ตู้
核酸序列可以从各种来源获得，如细菌、病毒、动植物等。
测序方法
总结词
从整体角度研究生物系统的结构和功能，通 过网络分析揭示基因之间的相互关系。
详细描述
系统生物学将基因、蛋白质等生物分子视为 相互关联的网络，而非孤立的实体。通过构 建基因调控网络、蛋白质互作网络等，可以 全面了解基因的功能及其在生物过程中的作 用。网络分析有助于发现关键基因、模块和 通路，为药物研发和疾病治疗提供新的思路。
06
实际应用和案例分析
基因组学研究中的应用
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3
基因结构识别
ORF预测（ORF Finder）
分析核酸序列的开放阅读框。
启动子及转录因子结合位点分析(Promoter 重复序列分析(RepertMasker）
Scan）
CpG island 搜索（CpGPlot/CpGReport/Isochore) 搜索3’非编码区的polyA(POLYAH)
4
第四章 核酸序列分析 （上机操作&上机题）
下载水稻瘤矮病毒RGDV基因组S8片段编码区 序列，保存序列文件。
http://www. /
按照P80的实例分析，使用NEBcutter 2.0对 RGDV基因组S8片段编码区进行限制性内切酶 在线分析。找出序列中没有酶切位点的酶的名 称。
参考P94的实例分析，应用ORF FINDER预测RGDV S8 片段的ORF。
/software/ClustalW.html /clustalw/
7
第四章 核酸序列分析 （上机操作&上机题）
参考p98、p100、 p101、 p103实例 分析，以大麦MLO基因（Z83834) 为例， 了解Promoter Scan、 CpGPlot/CpGReport/Isochore、POLYAH程序。
数据库搜索比对（BLAST）
将查询序列与整个数据库中所有序列进行比对， 来获得数据库中与其最相似序列的已有数据，作为查 询序列的参考信息。
序列两两比对(BLAST2sequences）
通过比较两个序列之间的相似区域和保守性位点， 寻找两者可能的分子进化关系。
多序列比对(ClustalX）
8
http://www. /
6
第四章 核酸序列分析 （上机操作&上机题）
参考p90的实例分析，使用ClustalX对6条核酸序列（登 录号分别为：AY999081、 AY999080、 AY999079、 AY999078、 AY999077、 AY216767）进行多序列比 对， 。 http://www. /
分析核酸序列的分子质量、碱基组成、碱基分布等。
序列变换(BioEdit、DNAMAN
、 DNAssist）
根据分析需要，对核酸序列进行各种变换，如寻找序 列的互补序列、反向序列、反向互补序列等。
限制性内切酶分析(BioEdit、DNAMAN
确定核酸序列的酶切位点。
、 DNAssist）
2
序列比对的方式
/NEBcutter2/
5
第四章 核酸序列分析 （上机操作&上机题）
参考p85的实例分析，运用在线BLAST对 RGDV基因组S8片段序列进行同源性搜索。 http://www. /
参考P88的实例分析，运用 BLAST2sequences 程序进行序列两两比对。
第四章 核酸序列分析
对实验室中获得的一条新的核酸序列进行生物信 息学分析是实验深入研究前的标准操作。
常规分析 序列比对分析
基因结构识别
1
常规分析___以水稻瘤矮病毒RGDV基因组S8片段编码区序列为例，
使用BioEdit软件进行分析
核酸序列组分分析（BioEdit、DNAMAN、
DNAssist）