Chapter 核苷酸序列分析2012
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核苷酸序列分析
核苷酸序列分析
ORF
Getorf
Plotorf ORF Finder BestORF
基因开放阅读框/基因结构分析识别工具
http://bioweb.pasteur.fr/seqanal/interfaces/getorf.html
http://bioweb.pasteur.fr/seqanal/interfaces/plotorf.html /gorf/gorf.html /all.htm
• GlimerM适于恶性疟原虫、拟南芥、曲霉菌 和水稻 • 对mRNA, cDNA, EST, 宜用GetOrf, ORF Finder, Plotorf, BestORF 等
核苷酸序列分析
ORF
应用ORF Finder预测水稻瘤矮病毒 （RGDV）S8片断的ORF
• ORF Finder: /gorf/gorf.html
核苷酸序列分析
重复序列分析 开放读码框（open reading frame, ORF)的识别 基因结构分析 内含子/外显子剪切位点识别 选择性剪切分析 CpG 岛的识别 核心启动子/转录因子结合位点/转录启始位 点的识别 转录终止信号的预测 GC含量/密码子偏好性分析
核苷酸序列分析
ORF
重复序列分析
Web/Linux
Web Web Web/Linux Linur
FGENESH+ /++
/generation/
r.it/~webgene/genebuilder.html /all.htm /genomescan.html /Software/Wise2/ /grailexp/ /seq-search/genesearch.html
• Kozak规则: ORF中起始密码子ATG前后的碱基具 有特定的偏好性。若将第一个ATG中的碱基分别 标为1、2、3位，则Kozak规则可描述如下：
核苷酸序列物种鉴定
核苷酸序列物种鉴定全文共四篇示例，供读者参考第一篇示例：核苷酸序列物种鉴定是一种通过对生物体DNA或RNA序列进行分析，从而确定生物物种归属的技朧。
随着生物技术的发展，核苷酸序列物种鉴定已经成为一种常用的方法，被广泛应用于生物学、生态学、医学等领域。
本文将介绍核苷酸序列物种鉴定的基本原理、方法以及在不同领域的应用。
一、核苷酸序列物种鉴定的基本原理核苷酸序列物种鉴定的基本原理是利用生物体DNA或RNA的特定序列来确定其物种归属。
每个生物种类都有自己独特的核苷酸序列，这些序列通常被称为“基因组指纹”。
基因组指纹在所有个体中都是唯一的，可以用来区分不同的物种。
核苷酸序列物种鉴定通常包括以下几个步骤：提取生物体DNA或RNA，对其进行PCR扩增，测序获得核苷酸序列，与数据库中已知物种的核苷酸序列比对，最终确定物种。
1. 提取DNA或RNA：首先需要从生物体中提取DNA或RNA。
通常使用的提取方法包括CTAB法、蛋白酶K法等。
2. PCR扩增：利用PCR技术对提取的DNA进行扩增，通常选择一些具有物种特异性的基因作为扩增靶标。
常用的扩增靶标包括rDNA、COI等。
3. 测序：对PCR扩增产物进行测序，获取核苷酸序列。
三、核苷酸序列物种鉴定在生物学、生态学、医学等领域的应用1. 生物学领域：在生物多样性研究中，核苷酸序列物种鉴定可以用来确定生物物种的归属，推测物种进化关系，研究物种分布、种群结构等。
3. 医学领域：在医学诊断中，核苷酸序列物种鉴定可以用来快速检测病原微生物，帮助医生确定病原体种类，指导治疗方案。
核苷酸序列物种鉴定具有很高的精准度和灵敏度，是一种非常有效的物种鉴定方法。
随着生物技术的不断发展，相信核苷酸序列物种鉴定在未来将会在更多领域得到广泛应用，为人类的生活和科学研究提供更多便利。
【2000字】第二篇示例：核酸序列是生物体中含有遗传信息的一种序列。
对于不同的生物种类，其核酸序列会呈现出不同的特征，这使得核酸序列成为一种用于物种鉴定的重要工具。
核苷酸序列
输出结果
核苷酸序列分析 ORF
启动子及转录因子结合位点分析
• 启动子(Promoter)是RNA聚合酶识别、结合并开 始转录所必需的一段DNA序列。
• 原核生物启动子序列包括：
1. CAP序列（增强聚合酶的结合和转录的起始序列，70~-40）
2. -10序列：在-4到-13bp处，有保守序列TATAAT，称为 Pribnow框，各碱基频率：T89 A89 T50 A65 A65 T100
3. -35序列：约在-35处有保守序列TTGACA, 其中TTG十 分保守，各碱基频率：T85 T83 G81 A61 C69 A52
核苷酸序列分析 ORF
启动子及转录因子结合位点分析
• 真核生物启动子是在基因转录起始位点(+1)及其5’ 上游大约100~200bp或下游100bp的一组具有独立 功能的DNA序列，包括：
核苷酸序列分析 ORF
重复序列分析
2. 中度重复序列。长10~300bp，重复10~105次， 占基因组10~40%。哺乳类中含量最多的一种 称为Alu的序列，长约300bp，重复3×105次， 在人类基因组中约占7%，功能不是很清楚。
3. 单拷贝序列。这类序列基本上不重复，占哺乳 类基因组的50%~80%，在人类基因组中约占 65%。
输出结果
GENSCAN
ggccagatgg aacatattgc tttcgggagc acaaggatcg ggtctactac gtctcggagc ggattttgaa gctgagcgag tgcttcggct acaagcagct ggtgtgcgtg ggcacctgct tcggcaagtt ctccaagacc aacaaactga agttccatat cacggcgctc tactacttgg cgccctacgc ccagtacaag gtgtgggtga agccctcctt cgagcagcag tttctctacg
核苷酸序列分析 ORF
启动子及转录因子结合位点分析
• 启动子(Promoter)是RNA聚合酶识别、结合并开 始转录所必需的一段DNA序列。
• 原核生物启动子序列包括：
1. CAP序列（增强聚合酶的结合和转录的起始序列，70~-40）
2. -10序列：在-4到-13bp处，有保守序列TATAAT，称为 Pribnow框，各碱基频率：T89 A89 T50 A65 A65 T100
3. -35序列：约在-35处有保守序列TTGACA, 其中TTG十 分保守，各碱基频率：T85 T83 G81 A61 C69 A52
核苷酸序列分析 ORF
启动子及转录因子结合位点分析
• 真核生物启动子是在基因转录起始位点(+1)及其5’ 上游大约100~200bp或下游100bp的一组具有独立 功能的DNA序列，包括：
核苷酸序列分析 ORF
重复序列分析
2. 中度重复序列。长10~300bp，重复10~105次， 占基因组10~40%。哺乳类中含量最多的一种 称为Alu的序列，长约300bp，重复3×105次， 在人类基因组中约占7%，功能不是很清楚。
3. 单拷贝序列。这类序列基本上不重复，占哺乳 类基因组的50%~80%，在人类基因组中约占 65%。
输出结果
GENSCAN
ggccagatgg aacatattgc tttcgggagc acaaggatcg ggtctactac gtctcggagc ggattttgaa gctgagcgag tgcttcggct acaagcagct ggtgtgcgtg ggcacctgct tcggcaagtt ctccaagacc aacaaactga agttccatat cacggcgctc tactacttgg cgccctacgc ccagtacaag gtgtgggtga agccctcctt cgagcagcag tttctctacg
生物信息学-第五章-核苷酸序列分析
预测工具：
GENSCAN，GENEMARK NetGene2, Splice View
基因结构分析
内含子/外显子剪切位点识别
如何分析mRNA/cDNA的外显子组成？
RNASPL（软件） 与相应的基因组序列比对，分析比对片段的 分布位置 预测工具：
Spidey，SIM4，BLAT，BLAST，FASTA
FgeneSB
Softberry
细菌
FgeneSV
Generation FGENESH+ GenomeScan
/all.htm
/generation/ /all.htm /genomescan.html
选择性剪接是调控基因表达的重要机制 了解不同物种、细胞、发育阶段、环境压力下基因 的调控表达机制
分析方法： 查询选择性剪切相关的网站 多序列比对
基因结构分析
查询选择性剪切相关的网站
从已知基因的功能推测剪切机制
/asd/index.html http://splicenest.molgen.mpg.de/ /new_alt_exon_db2/
Softberry
ORNL Softberry MIT
病毒
原核 原核 脊椎、拟南芥、玉米
GeneWise
GRAIL
/Wise2/
/grailexp/
EBI
ORNL
人、蠕虫
人、小鼠、拟南芥、果蝇
基因预测
选择物种
可同时输入多条cDNA/mRNA序列与同一条基因组序列进行分析
输入基因组序列 或序列数据库号
判断用于分析的序列间的差异， 并调整比对参数 比对阈值 选择物种
输入mRNA.txt文档中的 6条序列
实验一生物信息学资源的利用—核苷酸序列的查找
实验一生物信息学资源的利用—Genebank核苷酸序列的查找一、实验目的：了解生物信息学的各大门户网站以及其中的主要资源，并以NCBI提供的Genebank为例，学习蛋白质及核苷酸序列的检索方法和使用技巧。
二、实验器材：计算机，NCBI、EMBL等生物信息学网络资源。
三、实验原理：根据Genebank 提供的数据资源，应用分类学方法进行核苷酸序列的查找。
四、实验内容：查找下列不同物种的NAC家族的核苷酸序列及蛋白序列。
(Arabidopsis thaliana; Oryza sativa; Zea mays; Solanum lycopersicum)每小组找五条序列。
五、实验步骤：1、打开NCBI网站的主页，搜索栏中输入“NAC”然后点击Search，2、选择蛋白序列数据库（Protein: sequence database）进入到搜索结果界面，3、点击右则“RefSeq”(去冗余结果)，在“Top Organisms”选项卡下，选择所需要的物种，单击一条记录，分别下载序列介绍和序列文件（fasta格式）。
4、找到蛋白对应的核酸序列，并下载。
六、实验要求：每个小组必须至少查找1个种，5条序列（十条蛋白序列及对应的核酸序列）。
必须写明查找到的序列以及各条序列的GenBank收录号-LOCUS，基因注释-DEFINITION，文章的作者AUTHORS，文章题目-TITLE，文章所发表的期刊-JOURNAL。
将序列文件单独保存至fasta格式。
七、实验结果：查找的核苷酸序列基本情况表1LOCUS NP_001078343 423 aa linear PLN 28-MAY-2011 DEFINITION NAC domain-containing protein 68 [Arabidopsis thaliana].AUTHORS Mayer,K., Schuller,C., Wambutt,R., Murphy,G., Volckaert,G.,TITLE Sequence and analysis of chromosome 4 of the plant Arabidopsis thaliana JOURNAL Nature 402 (6763), 769-777 (1999)实验二序列比对软件—BLAST和Clustal的使用一、实验目的：掌握序列相似性查询工具—BLAST（网络版和本地版）使用方法和技巧，理解与序列相似性查询相关的几个基本概念。
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：
基因工程(基因工程的主要技术与原理-核苷酸序列分析)课件
基因工程(基因工程的主要技术与原理核苷酸序列分析)
核心原理：
利用特定的化学试剂对不同碱基进行特异 性切割。
硫酸二甲酯： 哌啶甲酸： 肼+NaCl： 肼：
G G和A C T和C
基因工程(基因工程的主要技术与原理核苷酸序列分析)
5′ 3′
G A+G
3′ 5′
待测DNA
放射性标记5′末端 R
限制性酶切
基因工程(基因工程的主要技术与原理核苷酸序列分析)
(二) 序列分析的基本步骤
模板变性(dnature template)：将待测DNA模板 与引物混合，通过加热使模板变性； 退火(annealing)：将变性的模板与引物混合物 缓慢降温，使引物与模板结合；
3. 分离：通过凝胶电泳分离片段群；
4. 推导：再经放射线自显影，确定各片段末端碱基， 从而得出目的DNA的碱基序列。
基因工程(基因工程的主要技术与原理核苷酸序列分析)
凝胶电泳分离，放射线ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ显影分析
G A+G C+T C 3′
5′ 5′ C T T基因T工T程(基T因T工程G的G主要G技术C与原T理T- A G C 3′
通过凝胶电泳分离，放射自显影确定DNA片段 末端的碱基，进而推断DNA的核苷酸序列。
基因工程(基因工程的主要技术与原理核苷酸序列分析)
5´ 3´
5´ 3´
5´ 3´
正常的DNA合成反应基因工程(基因工程d的dN主T要P技掺术与入原到理-DNA合成反应后导致反应终止
核苷酸序列分析)
基于双脱氧核苷酸的这种特性，Sanger于 1977年建立了以双脱氧链终止反应为基础来 测定DNA序列的方法；
该方法以待测DNA为模板，在DNA聚合酶的 催化作用下合成新的DNA链；
核心原理：
利用特定的化学试剂对不同碱基进行特异 性切割。
硫酸二甲酯： 哌啶甲酸： 肼+NaCl： 肼：
G G和A C T和C
基因工程(基因工程的主要技术与原理核苷酸序列分析)
5′ 3′
G A+G
3′ 5′
待测DNA
放射性标记5′末端 R
限制性酶切
基因工程(基因工程的主要技术与原理核苷酸序列分析)
(二) 序列分析的基本步骤
模板变性(dnature template)：将待测DNA模板 与引物混合，通过加热使模板变性； 退火(annealing)：将变性的模板与引物混合物 缓慢降温，使引物与模板结合；
3. 分离：通过凝胶电泳分离片段群；
4. 推导：再经放射线自显影，确定各片段末端碱基， 从而得出目的DNA的碱基序列。
基因工程(基因工程的主要技术与原理核苷酸序列分析)
凝胶电泳分离，放射线ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ显影分析
G A+G C+T C 3′
5′ 5′ C T T基因T工T程(基T因T工程G的G主要G技术C与原T理T- A G C 3′
通过凝胶电泳分离，放射自显影确定DNA片段 末端的碱基，进而推断DNA的核苷酸序列。
基因工程(基因工程的主要技术与原理核苷酸序列分析)
5´ 3´
5´ 3´
5´ 3´
正常的DNA合成反应基因工程(基因工程d的dN主T要P技掺术与入原到理-DNA合成反应后导致反应终止
核苷酸序列分析)
基于双脱氧核苷酸的这种特性，Sanger于 1977年建立了以双脱氧链终止反应为基础来 测定DNA序列的方法；
该方法以待测DNA为模板，在DNA聚合酶的 催化作用下合成新的DNA链；
Chapter_3__Sequence_Analysis_of_Nucleic_Acid
（二） pairwise alignment
Alignment between two sequences.
1 Simple alignment
1）unconsidering gap，determine match score and mismatch score in advance，and then judge the similarity according to the scores.
该模型不考虑核苷酸之间的关联。双核苷酸的全部 16种组合中，两个碱基相邻的频率等于序列中两碱 基的频率的乘积。 2. Markov Model（马尔可夫模型）
该模型认为，由4种碱基组成的一条DNA序列中，如 果完全是随机的，那么任何一个字母后出现其它字 母的频率都相同，如AA、AC、AG、AT出现的频率都 相同（1/4）。
直系同源物ortholog：在进化上起源于同一祖先并垂直遗传
（vertical descent）的同源基因，在结构和功能上高度保守。
旁系同源物paralog是指同一基因组中由于祖先基因的加倍而
横向传递（horizontal transfer）产生的几个同源基因，即一 个基因组中既有一定同源关系而又不十分相同的某些基因。
There are versions of BLAST for
searching nucleic acid and protein databases, which can be used to translate DNA sequences prior to comparing them to protein sequence databases.
3） Doolitter经验显著性检验 Doolitter针对蛋白质序列提出经验法则 （1）若两序列的长度都大于100，在适当加入空位后， 其配对的相同率达25%以上，则认为这两序列相关； 若小于15%，不可能相关；若15%～25%，可能是相 关的。
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• 提交序列：以登陆号或直接粘贴FASTA格式的序列. • 参数设置：可设置待分析序列片断的起始和结束位置；ORF Finder提供 了22种遗传密码表可供选择。这里选择默认参数.
The Genetic Codes
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点击
结果验证
• 采用数据库搜索方法对选定的ORF进行 验证 • BLASTB比对搜索到多个显著相似的序 列, 因此所预测的ORF可信度比较高
• 水稻瘤矮病毒(rice gall dwarf virus, RGDV)引起的水稻瘤矮 病是中国及东南亚国家水稻上的一种重要病毒病害. • 为构建融合蛋白的表达载体，需要对RGDV S8片断的基因 序列（GenBank登陆号：AY216767）进行ORF分析并确定 其位置，为设计表达引物提供信息.
核苷酸序列分析
ORF
重复序列分析
• 原核基因组中除rRNA、tRNA基因有多个 拷贝外，重复序列（repetitive sequences） 不多。
•
哺乳动物基因组中则存在大量重复序列， 分为3类：
1. 高度重复序列。一般较短，长10~300bp，重复 106次左右，占基因组10%~60%，在人类基因 组中约占20%，功能还不明确。
核苷酸序列分析
胡松年 2005 《基因表达序列标签 （EST）数据分析手册》第七章
吴祖建等 2011 《生物信息学分析实践 》 第4.3节
核苷酸序列分析
重复序列分析 开放读码框（open reading frame, ORF)的识别 基因结构分析 内含子/外显子剪切位点识别 选择性剪切分析 CpG 岛的识别 核心启动子/转录因子结合位点/转录启始位 点的识别 转录终止信号的预测 GC含量/密码子偏好性分析
Web/Linux
Web Web Web/Linux Linux Web
Generation
GeneBuilder
FGENESH+ /++
/generation/
r.it/~webgene/genebuilder.html /all.htm /genomescan.html /Software/Wise2/ /grailexp/ /seq-search/genesearch.html
/seq_tools/splice.html r.it/~webgene/wwwspliceview.html http://www.cbs.dtu.dk/services/NetGene2/ /all.htm
核苷酸序列分析
ORF
重复序列分析
2. 中度重复序列。长10~300bp，重复10~105次， 占基因组10~40%。哺乳类中含量最多的一种 称为Alu的序列，长约300bp，重复3×105次， 在人类基因组中约占7%，功能不是很清楚。 3. 单拷贝序列。这类序列基本上不重复，占哺乳 类基因组的50%~80%，在人类基因组中约占 65%。 • 由于大量重复序列影响序列分析，因此在对真核 基因分析前，最好把重复序列屏蔽掉。
点击
GetOrf
http://bioweb.pasteur.fr/seqanal/interfaces/getorf.html
ggccagatgg aacatattgc tttcgggagc acaaggatcg ggtctactac gtctcggagc
ggattttgaa gctgagcgag tgcttcggct acaagcagct ggtgtgcgtg ggcacctgct
Web/Linux
Web Web
分析mRNA/cDNA的外显子组成
GeneSeqer Spidey PROT_MAP Sim4 BLAT BLAST FASTA /cgi-bin/gs.cgi /spidey /berry.phtml?topic=prot_map&group=pr ograms&subgroup=xmap http://gamay.univ-perp.fr/analyse_seq/sim4 / /~kent/src/unzipped/blat/ ftp:///BLAST/Executables ftp:///pub/fasta/win32_fasta/fasta34t21b5d.zip Web/Linux Web Web Web/Linux Linux Web/Windows/ Linux Web/Windows/ Linux
• 原核生物中多数基因的编码序列在100氨基酸以上； 真核生物的编码区由内含子和外显子组成，其外显 子的平均长度约为50个氨基酸。
• 预测ORF的方法有两类：基于统计分析和模式识别 （如GENSCAN, GeneMark, GRAIL II 等），基于 同源比对。
核苷酸序列分析
ORF
开放读码框的识别
核苷酸序列分析
ORF
启动子及转录因子结合位点分析
• 真核生物启动子是在基因转录起始位点(+1)及其5’ 上游大约100~200bp或下游100bp的一组具有独立 功能的DNA序列，包括： 1. 核心启动子（ core promoter): 转录起始位点(+1) 一般是A或G及转录起始位点上游-25~-30的 TATA框 2. 上游启动子元件（upstream promoter element, UPE): 包括通常-70bp附近的CAAT框 （GGCCAATCT)和GC框（GGGCGG)等
核苷酸序列分析
ORF
Getorf
Plotorf ORF Finder BestORF
基因开放阅读框/基因结构分析识别工具
http://bioweb.pasteur.fr/seqanal/interfaces/getorf.html
http://bioweb.pasteur.fr/seqanal/interfaces/plotorf.html /gorf/gorf.html /all.htm
RNASPL
与相应的基因组序列比对，分析比对片段的 分布位置 预测工具：
Spidey，SIM4，BLAT，BLAST，FASTA
核苷酸序列分析
Gene Structure
基因开放阅读框/基因结构分析工具
对基因组序列的读码框区域进行预测
NNSplice Splice View NetGene2
SPL/SPLM/RNASPL/FSPLICE
ggccagatgg aacatattgc tttcgggagc acaaggatcg ggtctactac gtctcggagc
ggattttgaa gctgagcgag tgcttcggct acaagcagct ggtgtgcgtg ggcacctgct tcggcaagtt ctccaagacc aacaaactga agttccatat cacggcgctc tactacttgg
• Kozak规则: ORF中起始密码子ATG前后的碱基具 有特定的偏好性。若将第一个ATG中的碱基分别 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’端的15bp范围内的侧翼序列内不含碱基T; 3. 第3、6、9位G为偏好碱基； 4. 除第3、6、9位，在整个侧翼序列区中，C为偏好碱基。
tcggcaagtt ctccaagacc aacaaactga agttccatat cacggcgctc tactacttgg cgccctacgc ccagtacaag gtgtgggtga agccctcctt cgagcagcag tttctctacg
输出结果
GENSCAN
/GENSCAN.html
• GlimerM适于恶性疟原虫、拟南芥、曲霉菌 和水稻 • 对mRNA, cDNA, EST, 宜用GetOrf, ORF Finder, Plotorf, BestORF 等
核苷酸序列分析
ORF
应用ORF Finder预测水稻瘤矮病毒 （RGDV）S8片断的ORF
• ORF Finder: /gorf/gorf.html
1. CAP序列（增强聚合酶的结合和转录的起始序列，70~-40） 2. -10序列：在-4到-13bp处，有保守序列TATAAT，称为 Pribnow框，各碱基频率：T89 A89 T50 A65 A65 T100
3. -35序列：约在-35处有保守序列TTGACA, 其中TTG十 分保守，各碱基频率：T85 T83 G81 A61 C69 A52
Web
Web Web/Linux Web Web Web/Linux/ Windows Web
GenomeScan GeneWise GRAIL BCM Gene Finder
核苷酸序列分析
ORF
开放读码框的识别
• 预测ORF的方法都是针对特定物种而设计的， 如GENSCAN最初是针对人类的，后扩展对 脊椎动物、果蝇、拟南芥、玉米基因的预测。
Web/Linux
Web/Linux Web Web
GENSCAN
GeneMark Gene Finder FGENESH GlimmerM FgeneSB/ FgeneSV
/GENSCAN.html
/genemark/ /GeneMark/ /tools/genefinder/（Dr. Michael Zhang ） /all.htm /tdb/glimmerm/glmr_form.html /all.htm
不同的序列通常采用不同的分析方法
NetGene2和Splice View用于分析基因组核苷酸序 列编码区的剪切位点和内含子 mRNA/cDNA序列可用Spidey,SIM4,BLAT和 BLASTStructure
内含子/外显子剪切位点识别
如何分析mRNA/cDNA的外显子组成？
Web Web Web Web
GeneSplicer
MZEF SpliceProximalCheck SplicePredictor
The Genetic Codes
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结果验证
• 采用数据库搜索方法对选定的ORF进行 验证 • BLASTB比对搜索到多个显著相似的序 列, 因此所预测的ORF可信度比较高
• 水稻瘤矮病毒(rice gall dwarf virus, RGDV)引起的水稻瘤矮 病是中国及东南亚国家水稻上的一种重要病毒病害. • 为构建融合蛋白的表达载体，需要对RGDV S8片断的基因 序列（GenBank登陆号：AY216767）进行ORF分析并确定 其位置，为设计表达引物提供信息.
核苷酸序列分析
ORF
重复序列分析
• 原核基因组中除rRNA、tRNA基因有多个 拷贝外，重复序列（repetitive sequences） 不多。
•
哺乳动物基因组中则存在大量重复序列， 分为3类：
1. 高度重复序列。一般较短，长10~300bp，重复 106次左右，占基因组10%~60%，在人类基因 组中约占20%，功能还不明确。
核苷酸序列分析
胡松年 2005 《基因表达序列标签 （EST）数据分析手册》第七章
吴祖建等 2011 《生物信息学分析实践 》 第4.3节
核苷酸序列分析
重复序列分析 开放读码框（open reading frame, ORF)的识别 基因结构分析 内含子/外显子剪切位点识别 选择性剪切分析 CpG 岛的识别 核心启动子/转录因子结合位点/转录启始位 点的识别 转录终止信号的预测 GC含量/密码子偏好性分析
Web/Linux
Web Web Web/Linux Linux Web
Generation
GeneBuilder
FGENESH+ /++
/generation/
r.it/~webgene/genebuilder.html /all.htm /genomescan.html /Software/Wise2/ /grailexp/ /seq-search/genesearch.html
/seq_tools/splice.html r.it/~webgene/wwwspliceview.html http://www.cbs.dtu.dk/services/NetGene2/ /all.htm
核苷酸序列分析
ORF
重复序列分析
2. 中度重复序列。长10~300bp，重复10~105次， 占基因组10~40%。哺乳类中含量最多的一种 称为Alu的序列，长约300bp，重复3×105次， 在人类基因组中约占7%，功能不是很清楚。 3. 单拷贝序列。这类序列基本上不重复，占哺乳 类基因组的50%~80%，在人类基因组中约占 65%。 • 由于大量重复序列影响序列分析，因此在对真核 基因分析前，最好把重复序列屏蔽掉。
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GetOrf
http://bioweb.pasteur.fr/seqanal/interfaces/getorf.html
ggccagatgg aacatattgc tttcgggagc acaaggatcg ggtctactac gtctcggagc
ggattttgaa gctgagcgag tgcttcggct acaagcagct ggtgtgcgtg ggcacctgct
Web/Linux
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分析mRNA/cDNA的外显子组成
GeneSeqer Spidey PROT_MAP Sim4 BLAT BLAST FASTA /cgi-bin/gs.cgi /spidey /berry.phtml?topic=prot_map&group=pr ograms&subgroup=xmap http://gamay.univ-perp.fr/analyse_seq/sim4 / /~kent/src/unzipped/blat/ ftp:///BLAST/Executables ftp:///pub/fasta/win32_fasta/fasta34t21b5d.zip Web/Linux Web Web Web/Linux Linux Web/Windows/ Linux Web/Windows/ Linux
• 原核生物中多数基因的编码序列在100氨基酸以上； 真核生物的编码区由内含子和外显子组成，其外显 子的平均长度约为50个氨基酸。
• 预测ORF的方法有两类：基于统计分析和模式识别 （如GENSCAN, GeneMark, GRAIL II 等），基于 同源比对。
核苷酸序列分析
ORF
开放读码框的识别
核苷酸序列分析
ORF
启动子及转录因子结合位点分析
• 真核生物启动子是在基因转录起始位点(+1)及其5’ 上游大约100~200bp或下游100bp的一组具有独立 功能的DNA序列，包括： 1. 核心启动子（ core promoter): 转录起始位点(+1) 一般是A或G及转录起始位点上游-25~-30的 TATA框 2. 上游启动子元件（upstream promoter element, UPE): 包括通常-70bp附近的CAAT框 （GGCCAATCT)和GC框（GGGCGG)等
核苷酸序列分析
ORF
Getorf
Plotorf ORF Finder BestORF
基因开放阅读框/基因结构分析识别工具
http://bioweb.pasteur.fr/seqanal/interfaces/getorf.html
http://bioweb.pasteur.fr/seqanal/interfaces/plotorf.html /gorf/gorf.html /all.htm
RNASPL
与相应的基因组序列比对，分析比对片段的 分布位置 预测工具：
Spidey，SIM4，BLAT，BLAST，FASTA
核苷酸序列分析
Gene Structure
基因开放阅读框/基因结构分析工具
对基因组序列的读码框区域进行预测
NNSplice Splice View NetGene2
SPL/SPLM/RNASPL/FSPLICE
ggccagatgg aacatattgc tttcgggagc acaaggatcg ggtctactac gtctcggagc
ggattttgaa gctgagcgag tgcttcggct acaagcagct ggtgtgcgtg ggcacctgct tcggcaagtt ctccaagacc aacaaactga agttccatat cacggcgctc tactacttgg
• Kozak规则: ORF中起始密码子ATG前后的碱基具 有特定的偏好性。若将第一个ATG中的碱基分别 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’端的15bp范围内的侧翼序列内不含碱基T; 3. 第3、6、9位G为偏好碱基； 4. 除第3、6、9位，在整个侧翼序列区中，C为偏好碱基。
tcggcaagtt ctccaagacc aacaaactga agttccatat cacggcgctc tactacttgg cgccctacgc ccagtacaag gtgtgggtga agccctcctt cgagcagcag tttctctacg
输出结果
GENSCAN
/GENSCAN.html
• GlimerM适于恶性疟原虫、拟南芥、曲霉菌 和水稻 • 对mRNA, cDNA, EST, 宜用GetOrf, ORF Finder, Plotorf, BestORF 等
核苷酸序列分析
ORF
应用ORF Finder预测水稻瘤矮病毒 （RGDV）S8片断的ORF
• ORF Finder: /gorf/gorf.html
1. CAP序列（增强聚合酶的结合和转录的起始序列，70~-40） 2. -10序列：在-4到-13bp处，有保守序列TATAAT，称为 Pribnow框，各碱基频率：T89 A89 T50 A65 A65 T100
3. -35序列：约在-35处有保守序列TTGACA, 其中TTG十 分保守，各碱基频率：T85 T83 G81 A61 C69 A52
Web
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GenomeScan GeneWise GRAIL BCM Gene Finder
核苷酸序列分析
ORF
开放读码框的识别
• 预测ORF的方法都是针对特定物种而设计的， 如GENSCAN最初是针对人类的，后扩展对 脊椎动物、果蝇、拟南芥、玉米基因的预测。
Web/Linux
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GENSCAN
GeneMark Gene Finder FGENESH GlimmerM FgeneSB/ FgeneSV
/GENSCAN.html
/genemark/ /GeneMark/ /tools/genefinder/（Dr. Michael Zhang ） /all.htm /tdb/glimmerm/glmr_form.html /all.htm
不同的序列通常采用不同的分析方法
NetGene2和Splice View用于分析基因组核苷酸序 列编码区的剪切位点和内含子 mRNA/cDNA序列可用Spidey,SIM4,BLAT和 BLASTStructure
内含子/外显子剪切位点识别
如何分析mRNA/cDNA的外显子组成？
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GeneSplicer
MZEF SpliceProximalCheck SplicePredictor