KeyLaboratoryofLaboratoryMedicine,MinistryofEducation,China1生物信息學(xué)在分子診斷中的作用鐘連進(jìn)溫州醫(yī)學(xué)院檢驗(yàn)醫(yī)學(xué)院、生命科學(xué)學(xué)院分子診斷學(xué)?第十四章KeyLaboratoryofLaboratoryMedicine,MinistryofEducation,China2第一節(jié)生物信息學(xué)概論第二節(jié)生物信息數(shù)據(jù)庫第三節(jié)數(shù)據(jù)庫檢索第四節(jié)核酸數(shù)據(jù)分析第五節(jié)蛋白質(zhì)數(shù)據(jù)分析第六節(jié)生物信息學(xué)在醫(yī)學(xué)中的應(yīng)用主要內(nèi)容KeyLaboratoryofLaboratoryMedicine,MinistryofEducation,China3第一節(jié)生物信息學(xué)概論生物信息學(xué)的定義生物信息學(xué)研究的范疇KeyLaboratoryofLaboratoryMedicine,MinistryofEducation,China4第一節(jié)生物信息學(xué)概論一、生物信息學(xué)的定義生物信息學(xué)是結(jié)合了生物學(xué)和信息技術(shù)，利用計(jì)算機(jī)和互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)，分析海量的并且還在快速積累的生物數(shù)據(jù)，從中獲取生物科學(xué)新知識(shí)的一門新的交叉科學(xué)。KeyLaboratoryofLaboratoryMedicine,MinistryofEducation,China5KeyLaboratoryofLaboratoryMedicine,MinistryofEducation,China6第一節(jié)生物信息學(xué)概論二、生物信息學(xué)研究的范疇第一、各種生物數(shù)據(jù)庫的建立、維護(hù)和管理；第二、研究高效率的統(tǒng)計(jì)工具、分析算法，發(fā)展方便、快捷的分析程序；第三、從海量的原始生物數(shù)據(jù)中發(fā)掘新知識(shí)。KeyLaboratoryofLaboratoryMedicine,MinistryofEducation,China7重要生物信息中心生物信息數(shù)據(jù)庫第二節(jié)生物信息數(shù)據(jù)庫KeyLaboratoryofLaboratoryMedicine,MinistryofEducation,China8一、重要生物信息中心1、美國國家生物技術(shù)信息中心(NationalCenterofBiotechnologyInformation,NCBI)(http://);2、歐洲生物信息學(xué)研究所(EuropeanBioinformaticsInstitute,EBI)(http://);3、日本國立遺傳學(xué)研究所(JapanNationalInstituteofGeneticsCenterforInformationBiology)(http://)KeyLaboratoryofLaboratoryMedicine,MinistryofEducation,China9二、生物信息數(shù)據(jù)庫核酸和蛋白質(zhì)一級(jí)結(jié)構(gòu)數(shù)據(jù)庫基因組數(shù)據(jù)庫生物大分子三維空間結(jié)構(gòu)數(shù)據(jù)庫以上述數(shù)據(jù)庫和文獻(xiàn)資料為基礎(chǔ)構(gòu)建的二級(jí)數(shù)據(jù)庫KeyLaboratoryofLaboratoryMedicine,MinistryofEducation,China101、核酸數(shù)據(jù)庫1）NCBI的GenBank(http:///web/GenBank/index.html);2）EBI的EMBL)(http://databases/index.html);3）日本國立遺傳學(xué)研究所的DDBJ(http://)KeyLaboratoryofLaboratoryMedicine,MinistryofEducation,China112、蛋白質(zhì)數(shù)據(jù)庫最重要的蛋白質(zhì)氨基酸序列數(shù)據(jù)庫是瑞士的SWISS-PROT();蛋白質(zhì)信息資源庫PIR(ProteinInformationResource),包含所有序列已知的自然界中野生型蛋白質(zhì)的信息();PDB蛋白質(zhì)結(jié)構(gòu)數(shù)據(jù)庫：收集由X射線衍射和核磁共振技術(shù)測(cè)定的蛋白質(zhì)大分子三維結(jié)構(gòu)()。KeyLaboratoryofLaboratoryMedicine,MinistryofEducation,China12第三節(jié)數(shù)據(jù)庫檢索Entrez檢索工具：Entrez是美國國家生物技術(shù)信息中心（NCBI）提供的集成檢索工具

SRS（SequenceRetrievalSystem）檢索工具：是歐洲分子生物學(xué)網(wǎng)EMBnet的主要數(shù)據(jù)庫檢索工具，可以從EMBnet的主頁進(jìn)入。DBGET/LinkDB檢索工具：是日本建立的GenomeNet數(shù)據(jù)庫，該數(shù)據(jù)庫主要針對(duì)代謝途徑。。KeyLaboratoryofLaboratoryMedicine,MinistryofEducation,China13圖16-1:NCBI網(wǎng)頁的Entrez界面KeyLaboratoryofLaboratoryMedicine,MinistryofEducation,China14第四節(jié)核酸數(shù)據(jù)分析核酸序列的基本分析核酸序列的比對(duì)分析開放閱讀框的分析基因的電子克隆和定位引物設(shè)計(jì)向數(shù)據(jù)庫提交序列KeyLaboratoryofLaboratoryMedicine,MinistryofEducation,China15一、核酸序列的基本分析核酸序列的分子量、堿基組成、堿基分布等基本分析：BioEdit()DNAMAN()限制性酶切分析：限制性酶數(shù)據(jù)庫(RestrictionEnzymeDataBase,REBASE)(;)測(cè)序峰圖的查看、核實(shí)與修改:Chromas,BioEdit,DNAMAN測(cè)序結(jié)果需要識(shí)別與去除測(cè)序時(shí)使用的載體序列：VecScreen()KeyLaboratoryofLaboratoryMedicine,MinistryofEducation,China16程序名稱查詢序列搜索的數(shù)據(jù)庫BLASTN核酸核酸BLASTP蛋白質(zhì)蛋白質(zhì)BLASTX核酸的六讀框蛋白質(zhì)TBLASTN蛋白質(zhì)核酸的6個(gè)讀框TBLASTX核酸的6個(gè)讀框核酸的6個(gè)讀框二、核酸序列的比對(duì)分析BLAST（BasicLocalAlignmentSearchTool）是基本局域聯(lián)配搜索工具；Blast功能有：KeyLaboratoryofLaboratoryMedicine,MinistryofEducation,China17KeyLaboratoryofLaboratoryMedicine,MinistryofEducation,China18NCBI網(wǎng)頁的BLAST界面KeyLaboratoryofLaboratoryMedicine,MinistryofEducation,China19KeyLaboratoryofLaboratoryMedicine,MinistryofEducation,China20KeyLaboratoryofLaboratoryMedicine,MinistryofEducation,China21KeyLaboratoryofLaboratoryMedicine,MinistryofEducation,China22NCBI網(wǎng)頁的BLAST2SEQUENCES界面KeyLaboratoryofLaboratoryMedicine,MinistryofEducation,China23KeyLaboratoryofLaboratoryMedicine,MinistryofEducation,China24KeyLaboratoryofLaboratoryMedicine,MinistryofEducation,China25FASTA：根據(jù)用戶提交的單個(gè)序列進(jìn)行數(shù)據(jù)庫搜索比對(duì)的程序。網(wǎng)上服務(wù)器和電子郵件服務(wù)：http://mailto:fasta@ebi.ac.uk

mailto:fasta@nig.ac.jpKeyLaboratoryofLaboratoryMedicine,MinistryofEducation,China26進(jìn)行多序列聯(lián)配：ClustalW:http://clustalw/index.html，，ftp://ftp.ebi.ac.uk/pub/software/dos/clustalw。ClustalX:CluastalW程序的UNIX版本，它使用X窗口圖形界面，ftp://ftp.ebi.ac.uk/pub/softwareftp://ftp-igbmc.u-strassbg.fr/pub/clustalX。對(duì)聯(lián)配結(jié)果進(jìn)一步編輯，形成適于發(fā)表的形式，可用的軟件有：SeaView:ftp://biom3.univ-lyon1.frBOXSHADE:)CINEMA:

KeyLaboratoryofLaboratoryMedicine,MinistryofEducation,China27三、開放閱讀框的分析GT-AG法則：外顯子與內(nèi)含子之間的連接區(qū)序列高度保守，如大部分內(nèi)含子5’端起始的兩個(gè)堿基是GT，3’端最后兩個(gè)堿基是AG?；蜃R(shí)別軟件，常用的有：ORFFinder()GRAIL()GeneFinder()Glimmer()GenScan()GeneLang()KeyLaboratoryofLaboratoryMedicine,MinistryofEducation,China28EST序列進(jìn)行電子延伸：將待分析的核酸序列（稱為種子序列）采用Blast軟件搜索GenBank的EST數(shù)據(jù)庫，獲得與種子序列有較高同源性的EST序列，一般要求在重疊40個(gè)堿基范圍內(nèi)有95％以上的同源性，稱匹配序列；將匹配序列與種子序列裝配成新序列，即片段重疊群分析(contiganalysis)；再以新產(chǎn)生的序列為種子序列，重復(fù)上述過程，直至沒有新的匹配序列為止。四、基因的電子克隆與定位KeyLaboratoryofLaboratoryMedicine,MinistryofEducation,China29EST序列進(jìn)行電子延伸種子序列KeyLaboratoryofLaboratoryMedicine,MinistryofEducation,China30對(duì)核酸序列進(jìn)行電子基因定位：利用序列標(biāo)簽位點(diǎn)(SequenceTaggedSite,STS);利用UniGene數(shù)據(jù)庫進(jìn)行基因電子定位;直接利用基因組序列進(jìn)行基因電子定位。四、基因的電子克隆與定位KeyLaboratoryofLaboratoryMedicine,MinistryofEducation,China31NCBI網(wǎng)頁的MapViewer界面KeyLaboratoryofLaboratoryMedicine,MinistryofEducation,China32五、引物設(shè)計(jì)PrimerPremier軟件:

Primer3軟件:

Oligo、VectorNT、Omiga等KeyLaboratoryofLaboratoryMedicine,MinistryofEducation,China33六、向數(shù)據(jù)庫提交核酸序列向EMBL提交數(shù)據(jù)的網(wǎng)絡(luò)表格可參見：http://subs/emblsubs.tml向GenBank數(shù)據(jù)庫提交核酸序列可聯(lián)網(wǎng)進(jìn)行

也可用Sequin軟件制作好序列提交文件，向NCBI發(fā)送E-mail(gb-sub@)提交KeyLaboratoryofLaboratoryMedicine,MinistryofEducation,China34KeyLaboratoryofLaboratoryMedicine,MinistryofEducation,China35第五節(jié)蛋白質(zhì)序列分析蛋白質(zhì)基本性質(zhì)分析蛋白質(zhì)結(jié)構(gòu)預(yù)測(cè)蛋白質(zhì)功能預(yù)測(cè)KeyLaboratoryofLaboratoryMedicine,MinistryofEducation,China36一、蛋白質(zhì)基本性質(zhì)分析蛋白質(zhì)的氨基酸組成、分子量、等電點(diǎn)等方面的分析:OMIGA、DNAMAN、BioEdit、MacVector等蛋白質(zhì)疏水性分析：ProtScale，

預(yù)測(cè)跨膜區(qū)：

ftp://ftp.biochem.ucl.ac.uk。KeyLaboratoryofLaboratoryMedicine,MinistryofEducation,China37KeyLaboratoryofLaboratoryMedicine,MinistryofEducation,China38KeyLaboratoryofLaboratoryMedicine,MinistryofEducation,China39KeyLaboratoryofLaboratoryMedicine,MinistryofEducation,China40KeyLaboratoryofLaboratoryMedicine,MinistryofEducation,China41用TMHMM軟件預(yù)測(cè)的SARS-CoV的E蛋白的跨膜區(qū)KeyLaboratoryofLaboratoryMedicine,MinistryofEducation,China42預(yù)測(cè)信號(hào)肽：

蛋白質(zhì)亞細(xì)胞定位：

KeyLaboratoryofLaboratoryMedicine,MinistryofEducation,China43預(yù)測(cè)信號(hào)肽KeyLaboratoryofLaboratoryMedicine,MinistryofEducation,China44預(yù)測(cè)信號(hào)肽KeyLaboratoryofLaboratoryMedicine,MinistryofEducation,China45蛋白質(zhì)亞細(xì)胞定位KeyLaboratoryofLaboratoryMedicine,MinistryofEducation,China46蛋白質(zhì)亞細(xì)胞定位KeyLaboratoryofLaboratoryMedicine,MinistryofEducation,China47二、蛋白質(zhì)功能預(yù)測(cè)蛋白質(zhì)序列分析和功能預(yù)測(cè)的一般流程KeyLaboratoryofLaboratoryMedicine,MinistryofEducation,China48

第六節(jié)蛋白質(zhì)序列分析二、蛋白質(zhì)功能預(yù)測(cè)磷酸化位點(diǎn)、糖基化位點(diǎn)，特殊的結(jié)構(gòu)區(qū)（motif）的分析：PROSITE: BLOCKS:PFAM:PESCAN:InterProScan:http://interpro/scan.htmlSMART: