第二章 核酸数据库
生物信息学概论第二章数据库搜索与两两比对
C
-2
T
-3
C
-4
G
-5
1-1=0，表示在横向序列中插入 ， 一个空位， 一个空位，然后与纵向序列中 比较， 的C比较，空位罚分 。 比较 空位罚分-1。 -1+0=-1，表示横向 ， 序列的A与纵向序 序列的 与纵向序 列的C进行比较 进行比较， 列的 进行比较， 失配得分0。 失配得分 。 -2-1=-3，表示在纵 ， 向序列中插入一个 空位， 空位，然后与横向 序列中的A比较 比较， 序列中的 比较， 空位罚分-1。 空位罚分 。 A
除以m 利用每个氨基酸出现的频度对起进行标准化，得到PAM-1矩 矩 以Aij除以 a 利用每个氨基酸出现的频度对起进行标准化，得到 阵中的元素R 阵中的元素 ij
式①中Mab为任意氨基酸b替代a的概率 式②中pa为氨基酸a未被替换的概率
100个残基发生一次替换的PAM-1矩阵
针对不同的进化距离采用PAM 矩阵 针对不同的进化距离采用
打分矩阵（ 打分矩阵（Scoring Matrix） ）
核酸打分矩阵设DNA序列所用的字母表为 Α = { A，C，G，T }
a. 单位矩阵 b. BLAST矩阵 c. 转换-颠换矩阵（transition，transversion） （嘌呤：腺嘌呤A，鸟嘌呤G；嘧啶：胞嘧啶C，胸腺嘧啶T）
单位矩阵 A A T C G 1 0 0 0 T 0 1 0 0 C 0 0 1 0 G 0 0 0 1 A T C G BLAST矩阵 矩阵 A 5 T -4 C -4 -4 5 -4 G -4 -4 -4 5 A T C G 转换-颠换矩阵 转换 颠换矩阵 A 1 -5 -5 -1 T 1 C G -5 -5 -1 -1 -5 -5 -1 1
核酸数据库的应用
REFERENCE2(bases1to839) AUTHORSFischer,H.G. TITLEDirectSubmission JOURNALSubmitted(16-JUN997)FischerH.G.,InstituteforMedical Microbiology and Virology,Heinrich-HeineUniversitaetDuesseldorf, Universitaetsstr.1,D-40225Duesseldorf40225GERMANY FEATURES Location/Qualifiers CDS 79..789
每一个从GenBank内提取的mRNA被分成以下部 分：功能成分，起始编码区，终止编码区，即5’UTR、3’-UTR和翻译信号的侧翼序列。
2、 Transterm数据检索
Transterm提供每一物种密码子使用表格，还提供描 述mRNA中已知的基序或特征的模式的总结。通过 Transterm来源于GenBank的编码区可被分割为5’侧 翼、起始区、全编码区、终止区、3’侧翼。在 Transterm的WWW界面使用与数据库文件和有关数 据库相关联的图表，可以搜索所有或部分数据库内 容，找寻任一条符合条件的模式或用户自定义的模 式。
对比
二、EMBL－欧洲核酸数据库
EMBL数据库共有Genomes、Simple sequence retrieval 和SRS（序列提取系统） 三种检索方式。
1、Genomes 提供已完成测序的基因组数据， 用户可以通过生物分类名称以分层点击浏览 的方式获取相关信息，通过相关链接，用户 可获得大量已完成测序的基因组数据。
VERSION Y13863. 三、通过Webin提交，该程序被推荐作为EMBL序列提交的互联网界面。 数据库相似性搜索能够从数据库海量中挑选出相关联的序列。
生物信息学智慧树知到课后章节答案2023年下华东理工大学
生物信息学智慧树知到课后章节答案2023年下华东理工大学华东理工大学第一章测试1.随着人类基因组计划的完成，以下哪些基因组计划是近期启动的计划答案:中国十万人基因组计划;G10K;我们所有人计划;英国十万人基因组计划2.统计学是一门独特学科，不是生物信息学研究工具和手段之一。
答案:错3.生物信息学研究任务之一包括SNP的发现和鉴定，对于疾病机理和药物开发靶点发现具有重要意义。
答案:对4.随着越来越多大规模测序项目的完成，其中最重要的科学使命之一就是要通过比较基因组学方法了解物种的起源和进化过程答案:对5.高等生物基因组中含有大量的非编码区，以及可能含有大量的外源病毒序列，只有通过生物信息学方法，解析其中功能和区域，为将来可能通过基因组编辑技术进行疾病机制解析提供基础答案:对第二章测试1.国际核酸数据库由EMBL，DDBJ和GenBank组成，它们在1988年形成国际核酸数据库联合中心，对数据进行答案:三方共享;数据同步更新;数据格式相同2.GenBank对于核酸数据的显示方式有以下几种答案:ASN.1;FASTA;Graph;GBK3.Uniprot KB对于生物数据在不同数据库中的链接、调用和标签转换具有非常重要的作用答案:对4.生物信息学的研究对象中包括各种数据库，比如答案:Uniprot;PDB;GenBank;KEGG5.BLAST是基于局部比对算法，采用渐进式比对方法，对数据分成字段等思路进行的成对比对方法答案:对第三章测试1.全局序列比对用于整体相似性程度较低、在较小区域内有局部相似性的两个序列比对。
答案:错2.以下哪些属于蛋白质打分矩阵？答案:PAM矩阵;遗传密码矩阵;疏水矩阵;BLOSUM矩阵3.传统的基于动态规划的局部性比对性算法采用的是精确的序列比对，虽然有着较好的比较结果，但是算法的时间复杂度较高。
答案:对4.在蛋白质数据库中比对蛋白质序列，需要选择一下那种blast模式？答案:blastp5.多序列比对就是两条以上的序列进行比对，可以用于进化树分析、寻找保守区域等。
第二章 生物学数据库及其检索
二级数据库（ Secondary database ）：在 一级数据库的信息基础上进行计算机加工 处理并增加了许多的人为注释而构成的 （例如：NCBI的RefSeq数据库等）。
Primary vs. Secondary Databases
Curators
Sequencing Centers
Labs
➢ DDBJ的英文版网址： http://www.ddbj.nig.ac.jp/index-e.html/
国际上最权威的核酸序列数据库
日本国立遗传研究所的DDBJ http://www.ddbj.nig.ac.jp/searches-e.html
（二）基因组数据库GDB
• 基因组数据库(GDB)创建于1990年，是一个专门 汇集人类基因组数据的数据库，为人类基因组计 划(HGP)保存和处理基因组图谱数据。
计算机文档，是统一管理的相关数 据的集合，其储存形式有利于数据 信息的检索与调用。
二、生物学数据库
在生物信息学者们的努力下， 人类基因组序列数据连同其它多种 模式生物的序列数据及各自相应的 基因结构与功能信息皆可供众多生 物学家们免费接入与使用。
模式生物
Ureaplasma urealyticum
Chapter 2
第二节 常用数据库
常用数据库
类 序列
型 一次数据库
核 酸
基因组 序列
一次数据库
一次数据库
蛋
白
质
复合数据库
二次数据库
名称 Genebank EMBL DDBJ GDB SWISS-PROT PIR TrEMBL UniProt MIPS
GenPept NRL-3D
NRDB OWL SWISS-PROT＋ TrEMBL PROSITE PRINTS BLOCKS Pfam IDENTIFY COGs ProDom
大学教育-医学-生信-生信复习提纲(答案)-基础16级-410
生物信息学复习资料目录一、基础数据库 (1)二、序列变异数据库 (4)三、序列比对 (5)四、分子系统发育分析与多序列比对 (7)五、分子进化与人类疾病 (9)六、生物分子网络与系统生物学 (10)七、基因测序、组装和注释 (12)八、基于高通量DNA 测序数据的致病突变分析 (15)九、表观遗传学 (17)十、转录组学 (20)十一、转录选择性剪切 (22)十二、转录后修饰 (23)十三、翻译组学 (24)十四、蛋白结构分析 (27)十五、蛋白质组学 (28)十六、代谢组学 (29)十七、免疫组学 (31)十八、微生物组学 (32)十九、人工智能与智慧医疗 (34)（注：本资料为16级基础医学全体同学整理，答案仅供参考，请勿外传）一、基础数据库一、核酸数据库国际联盟INSDC由NCBI–GenBank、EBI–ENA（EMBL-Bank）、DDBJ–DDBJ三大核苷酸数据库组成的联合核苷酸数据库。
二、GenBank, ENA, DDBJGenBank是一个具有目录和生物学注释的核酸序列综合数据库，该数据库中包含了已经公开的30万多种不同物种生物的核酸序列，这些数据主要来源于全世界不同实验室和大规模测序计划项目。
数据库的序列数据来源于序列发现者提交的序列、批量提交的表达序列标签（EST）、基因组测序序列（GSS）和其他测序中心提供的高通量数据，还包括美国专利商标局提供的已发表专利的序列数据。
GenBank数据库每天与欧洲EMBL和日本的DDBJ进行数据交换，以保证数据库内容在全世界范围的同步性。
互相交换信息，因此三个库的数据实际上是相同的。
EMBL核苷序列数据库是欧洲主要的核苷序列收集单位，欧洲生物信息中心EBI维护这个数据库。
核苷数据来自基因组测序中心、世界各地的科学家、欧洲专利局、以及与合作伙伴DDBJ 和GenBank交换的数据。
DDBJ数据库是在亚洲唯一的核酸序列数据库，是搜集研究者公认的测定核酸序列的数据库，并且发放给数据提交者国际认证的核酸序列编号。
核酸数据库使用说明
核酸数据库使用说明1.高级查询 (1)2.限定词说明 (1)3.显示格式说明 (2)3.1.Summary格式 (2)3.2.FASTA格式 (3)3.3.GenBank格式和GenBank（full）格式 (4)4.数据下载流程 (5)5.数据提交 (5)6.附录 (5)6.1.基因结构和功能的探索 (5)2009年9月18日普通核酸数据库中存储了大量公共核酸序列资源，包括含有编码区的mRNA，含有一个或多个基因的基因组DNA片段以及rRNA基因簇。
数据库中的序列由使用者提交，并且只能由序列的提交者进行修改。
文献的作者对序列和数据库中的说明拥有最终解释权。
1.高级查询在首页上点击“数据资源”按钮，选择“普通核酸数据库”进入蛋白质数据库主页。
在核酸数据库主页的左侧栏点击“高级检索”，进入如下图的高级检索页面：核酸数据库的高级检索可以最多使用三个限定词来进行更精确的检索，三个限定词之间可以用“AND”和“OR”相连接，其中“AND”表示查询的结果中必须包含它所连接的两个关键词，“OR”表示查询的结果中至少包含它所连接的关键词中的一个。
搜索项在左侧的限定词框中可以选择的限定词包括：CAC、Comments、Accession、Definition、Keyword、Organism、Gene、Protein、Author、Title、Journal、Medline/Pubmed ID、Molecule和Sequence Length。
其中Molecule和Sequence Length可以进行范围查询。
2.限定词说明核酸数据库中有关的限定词说明如下：限定词描述CAC国内用户提交的数据编号Comments对该序列的简短注释Accession核酸数据库的序列或记录唯一的接收编号Definition 描述了序列的生物特性，一般包括生物体，产品名称，基因标志，分子类型和是否为完成片段Keyword与其它数据库专用词汇有关的索引名词Organism与蛋白质或核酸序列有关的物种的学名和通用名Gene基因的普通名称和标准名称Protein Name蛋白质的标准名称Author所有参考信息中的作者名Title 描述了序列的生物特性，一般包括生物体，产品名称，基因标志，分子类型和是否为完成片段Journal发表数据的杂志名称Medline/PubmedIDMedline的唯一编号或Pubmed编号Molecule Type包括4中类型：Nucleotide,CoreNucleotide,EST and GSS.Sequence Length序列长度3.显示格式说明核酸数据库的搜索结果显示有Summary、FASTA、GenBank和GenBank（full）四种格式，利用搜索结果页面上的“显示”按钮可以在这四种格式之间相互切换。
(2)第二章核酸数据库及核酸序列的分析(第二节序列数据库检索)
生物信息学
杭州师范大学生命与环境科学学院 向太和
生物信息学
杭州师范大学生命与环境科学学院 向太和
作者姓名检索
在检索框内按照姓+名缩写(不用标点)的格式键入 作者姓名，如Smith JA，Huang JF，系统会自动 在作者字段内进行检索。 可以在姓名后加[AU]或[au] au—author
生物信息学
杭州师范大学生命与环境科学学院 向太和
3）获取原文及相关资源
联机获取原文（linkout ）
相关文献查找（related article) NCBI其他数据库资源（生物信息学等）
生物信息学
杭州师范大学生命与环境科学学院 向太和
PubMed与MEDLINE光盘检索比较
PubMed
内容涉及：医学、药学、牙医学、护理学、卫生 保健、兽医学等专业。
记录标注[PubMed - indexed for MEDLINE]
生物信息学
杭州师范大学生命与环境科学学院 向太和
OLDMEDLINE for pre-1966 citations
In-process citations
是临时性医学文献数据库，每天接收新数 据，经MeSH词表标引后，每周向medline 移加一次。
生物信息学
杭州师范大学生命与环境科学学院 向太和
生物信息学
杭州师范大学生命与环境科学学院 向太和
自动词语匹配：
PubMed能自动利用它的“自动词语匹配”功能将 重要的词语结合在一起，并将不规范的词语转换成 规范的用词。 如：输入vitamin c common cold，系统会将自动转换成
7种文献类型限制 7种语种 12种子集
生物信息学
序列数据库--核酸序列数据库
GenBank
DDBJ
EMBL
可编辑版
3
1．常用核酸序列数据库
国际上权威的核酸序列数据库
欧洲分子生物学实验室的EMBL http://www.embl-heidelberg.de
美国生物技术信息中心的GenBank /Web/Genbank/
4.2 序列数据库
序列数据库
核酸序列数据库 蛋白序列数据库
可编辑版
1
4.2 序列数据库—核酸数据库
4.2.1 核酸数据库 4.2.2 数据库序列格式 4.2.3 数据库的查询 4.2.4 数据库搜索 4.2.5 数据提交 4.2.6 核酸数据库使用实例
可编辑版
2
4.2.1 核酸数据库
机网络提供该数据库文件
可编辑版
16
GenBank序列文件的结构
GenBank序列文件由单个的序列条目组成 序列条目由字段组成 每个字段由关键字起始，后面为该字段的
具体说明 有些字段又分若干子字段，以次关键字或
特性表说明符开始 每个序列条目以双斜杠“//”作结束标记
可编辑版
17
序列文件： 序列条目 字段 关键字 “//”
目前由欧洲生物信息学研究所EBI （ European Bioinformatic Institurte） 负责管理。
可编辑版
9
可编辑版
10
DDBJ
DDBJ是DNA Data Base of Japan的简 称，创建于1986年，由日本国家遗传学 研究所负责管理。
可编辑版
11
可编辑版
12
2．其它常用核酸序列数据库
完整的GenBank数据库包括 序列文件 索引文件 其它有关文件
ncbi数据库检索解读
收集并储存大分子结构信息,部分来源于PDB
提供并及时更新后生生物的全基因组序列以及最为精确的注释. 是一个蛋白质信息最为准确的蛋白质数据库, 它所提供的蛋白质信息有着最详尽的注释和 最少的冗余..
5 UniProtKB\Swiss-prot
2.2.4 SRS 检索实例
已知BPMV的名字,查询其基因组的信息,核酸序 列信息,蛋白质序列信息和结构信息
第二章 数据库检索
2.1 综合性数据库 NCBI
2.1.1 NCBI简介
美国参议员Claude Pepper率先意识到信息计算机化过程 方法对指导生物医学研究的重要性，发起了在1988年11月4日 建立国立生物技术信息中心的立法. （National Center for Biotechnology Information , NCBI） . NCBI隶属于国立医学图书馆（ National Library of Medicing, NLM)。NLM在创立和维护生物医学数据库方面有 丰富的经验。
包含用于群体进化或变异研究的比对序列
准确的基因表达谱数据和大规模的分子实验数据
公众医学信息中心,是NLM在生命科学领域 Central数据库 期刊文献的数字存档 医学主题5 Bookshelf 数据库
16 OMIM 数据库
主要着眼于可遗传或遗传性的基因疾病,包括文献, 序列记录,染色体定位图谱及相关的数据库的链接
7 uniSTS数据库 8 基因数据库 9 UniGene数据库
可通过基因名称,同义词,编号,出版物,染色体号等属性 寻找基因 GenBank 中基因序列的集合
10 SNP数据库 11 PopSet 12 GEO数据库 13 PubMed
用于存储包括单核苷酸替换,一两个碱基的插入 或缺失等多态性信息
(完整)生物信息学复习小结(中科大)
第二章：序列的采集和存储2. 序列数据的存储核酸序列数据库国际三大核酸序列数据库：GenBank, EBML, DDBJdbEST： Expressed Sequences Tags数据库UniGene等RefSeq: The Reference Sequence Database蛋白质序列数据库UniProtSwiss—prot & TrEMBL， PIR基因组数据库： Ensembl第三章序列比对I序列间比对的对应关系：匹配、替代、缺失、插入双序列比对算法：Dot matrix(点阵法)动态规划算法Needleman-Wunsch算法Sij = max of Si—1，j-1 + σ（xi , yj )Si—1，j —d ( 从左到右)Si,j—1 —d ( 从上到下)Smith-Waterman 算法Sij = max of 0Si-1,j-1 + σ(xi , yj )Si—1,j -d （从左到右)Si,j—1 -d （从上到下)FASTA和BLAST算法PSI-BLAST （位点特异性迭代BLAST）：1. 使用普通的blast算法进行搜索;2。
将搜索得到的序列，包括输入的序列放在一起，构建位点特异性的矩阵(Position Specific Matrix）；3。
利用上面得到的矩阵谱（profile），再次在数据库中进行搜索;4. 重复2 ，3 步,直到不再有新的序列出现；PHI—BLAST : 模式发现迭代BLAST第三章序列比对Ⅱ打分矩阵及其含义1，计分方法2， PAM系列矩阵3， BLOSUM 系列矩阵多序列比对：方法改进1。
渐进方法：代表:ClustalW/X, T—Coffee(1)ClustalW/X：计算过程1。
将所有序列两两比对，计算距离矩阵；2. 构建邻接进化树（neighbor—joining tree)/指导树(guide tree）；3。
将距离最近的两条序列用动态规划的算法进行比对；4。
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模式生物(Model Organism)
秀丽线虫Caenorhabditis elegans
一种透明的、生活在海滩泥沙中的小虫。
细胞数目一定：成虫细胞数目只有959个，其中包括302个神经元； 有6条染色体，全基因组于1998年测定，长9.7Mb
57
模式生物(Model Organism)
Drosophila melanogaster
- Alan Bleasby
第一节 核酸序列数据库
Genbank Genbank库包含了所有已知的核酸序列和蛋白质序列，以及与 它们相关的文献著作和生物学注释。它是由美国国立生物技术 信息中心(NCBI)建立和维护的。 NCBI的网址是：。 EMBL核酸序列数据库 由欧洲生物信息学研究所(EBI)维护的核酸序列数据构成，查 询检索可以通过通过因特网上的序列提取系统(SRS)服务完成。 数据库网址是：/embl/。 DDBJ数据库 日本DNA数据仓库(DDBJ)也是一个全面的核酸序列数据库， 与Genbank和EMBL核酸库合作交换数据。使用其主页上提供 的SRS工具进行数据检索和序列分析。 DDBJ的网址是：http://www.ddbj.nig.ac.jp/。 11
第二章 核酸数据库
生物信息学数据库
生物信息数据库
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
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
Primary vs. Derivative Databases
Escherichia coli O157:H7
大肠杆菌是研究得最为详尽的一个模式生物。这种 只有1.6微米长的、可以迅速繁殖的单细胞原核生物， 已经成为实验室和基因工程的重要工具。
55
模式生物(Model Organism)
Saccharomyces cerevisiae 酿酒酵母
真菌界的单细胞真核生物，它的全基因组 已在1996年测定。
60
模式生物(Model Organism)
非洲瓜蟾（Xenopus lavias）
1个受精卵在24小时内分裂到各种器官初具雏形的程度；
61
模式生物(Model Organism)
斑马鱼（Danio rerio）
身体透明的小鱼，生活周期约3个月，是研究脊椎动物 发育过程的良好对象。
62
模式生物(Model Organism)
果蝇
繁殖很快、容易诱发变异的小昆虫。 总长达1.8亿核苷酸。
58
模式生物(Model Organism)
Arabidopsis thaliana
拟南芥
个体生活周期只有6周的十字花科 小草，是一种理想的模式植物。
59
模式生物(Model Organism)
Oryza sativa
水稻
单子叶植物模式植物，390-430MB
小鼠（Mus musculus）
基因组大小与人类相近，约30亿个核苷酸对；
63
64
65
第三节 提交核酸序列数据
717273源自74Exercise:
请查找SARS 冠状病毒3CL蛋白的基因序列
Half day on the web,
saves you
half month in the lab.
病毒（Virus）
不具有细胞形态结构，仅由核酸和蛋白质构成； 如：人艾滋病毒HIV、SARS冠状病毒 体积小，10～300nm； 严格的专性细胞内寄生； 对抗生素不敏感。
电子显微镜下的SARS冠状病毒
100nm
54
模式生物(Model Organism)
Escherichia coli 大肠杆菌
Escherichia coli K12
plasmids viruses bacteria fungi plants algae insects mollusks bony fish amphibians reptiles
birds
mammals 104 105 106 107 108 109 1010 1011
模式生物(Model Organism)
3、DDBJ
http://www.ddbj.nig.ac.jp/Welcome-e.html
日本于1984年开始建立国家级的核酸数 据库DDBJ，并于1987年正式服务。
44
45
4、UniGene (NCBI维护)
UniGene is an experimental system for automatically partitioning GenBank sequences into a non-redundant set of gene-oriented clusters. Each UniGene cluster contains sequences that represent a unique gene, as well as related information such as the tissue types in which the gene has been expressed and map location. UniGene 是非冗余的某个基因的集合,包含了该基因所有 的经过实验证明的转录本及其表达信息.
Helicobacter pylori
Buchnerasp. APS
Escherichia coli大肠杆菌
human
Arabidopsis 拟南芥
Thermotoga maritima
Thermoplasma acidophilum
mouse
Caenorhabitis elegans
rat
Borrelia burgorferi
Plasmodium falciparum
Borrelia burgorferi
Aquifex aeolicus
Neisseria meningitidis Z2491
Mycobacteriu m tuberculosis
Genome sizes in nucleotide pairs (base-pairs)
47
第二节 基因组数据库
模式生物基因组计划 酵母、线虫、果蝇、细菌、拟南芥等 共约50多种已完成，70余种正在进行。 目前总量已达60亿碱基对！
Ureaplasma urealyticum
Bacillus subtilis
Drosophila melanogaster
Rickettsia prowazekii
三大基因数据库之间的关系
GenBank
EMBL Data Library
Public free Available via Internet
DDBJ (DNA Data Bank of Japan)
12
美国的核酸数据库GenBank 〖Banson,D.A. et al. (1998) Nucleic Acids Res. 26, 1-7〗 从1979年开始建设，1982年正式运行；
Curators Sequencing Centers Labs
RefSeq
TATAGCCG AGCTCCGATA CCGATGACAA
Genome Assembly
TATAGCCG TATAGCCG TATAGCCG TATAGCCG
GenBank
Algorithms
UniGene
4
例如：拟克隆表达胰岛素分子
13
1. NCBI: /
14
序列名称 序列简单说明 序列编号 序列版本号 关键词 序列来源的物种名 序列来源的物种学 名和分类学位置
FASTA格式
2. EBI: /