生物信息學軟件第一頁，共五十六頁，2022年，8月28日內(nèi)容概要生物信息學軟件的主要功能簡介分析和處理實驗數(shù)據(jù)和公共數(shù)據(jù)，加快研究進度，縮短科研時間提示、指導(dǎo)、替代實驗操作，利用對實驗數(shù)據(jù)的分析所得的結(jié)論設(shè)計下一階段的實驗用計算機管理實驗數(shù)據(jù)尋找、預(yù)測新基因及預(yù)測其結(jié)構(gòu)、功能蛋白高級結(jié)構(gòu)預(yù)測第二頁，共五十六頁，2022年，8月28日軟件在生物信息學研究中的地位和作用

PCR引物及寡核苷酸設(shè)計軟件

核酸序列分析軟件

蛋白質(zhì)序列分析軟件

序列比對軟件第三頁，共五十六頁，2022年，8月28日軟件在生物信息學研究中的地位和作用BioinformaticsComputationalBiology算法是core算法是key算法是soul第四頁，共五十六頁，2022年，8月28日軟件在生物信息學研究中的地位和作用數(shù)學家：實際問題的抽象算法研究生物學家：實際問題的提出軟件應(yīng)用軟件專家：算法的工具化軟件開發(fā)第五頁，共五十六頁，2022年，8月28日

各種序列：DNA，Protein生物信息學處理軟件平臺BlastGenscanBlocks生物學家計算生物學模型/算法軟件并行軟件：Blast,Phrap,SW市場化各種算法串行后基因組學數(shù)據(jù)并行第六頁，共五十六頁，2022年，8月28日生物信息學軟件的分類按功能分類：1、DNA序列分析軟件如：DNACLUB,Chromas1.562、蛋白質(zhì)序列分析軟件如：ANTHEPROT3、RNA結(jié)構(gòu)預(yù)測軟件如：RNAdraw4、引物設(shè)計軟件如：Oligo，PrimerPremier5、基因芯片軟件如：ArrayMaker6、序列比對軟件如：ClustalX7、親緣進化樹軟件如：PHYLIP和PAUP,Treeview8、綜合軟件如：GCG(GeneticsComputerGroup)第七頁，共五十六頁，2022年，8月28日生物信息學軟件的分類

按使用方式分類：1、本地分析軟件,如Lasergene,可在Windows或MacIntosh微機運行，有單機版和網(wǎng)絡(luò)版2、在線分析軟件：內(nèi)聯(lián)網(wǎng)軟件（Genemill,Geneworld,GeneThesaurus)和因特網(wǎng)軟件(如BLAST以及CINEMA)按運行平臺分類：1、UNIX+SGI工作站2、Windows或MacIntosh+PC第八頁，共五十六頁，2022年，8月28日生物信息學軟件的開發(fā)---Perl應(yīng)用具有生物信息學特色的程序語言——PerlPerl語言的特點：1、對過程、檔案和文字有很強的處理能力2、跨平臺3、解釋執(zhí)行4、簡單易學5、適用于網(wǎng)絡(luò)程序開發(fā)bioperl第九頁，共五十六頁，2022年，8月28日生物信息學軟件的開發(fā)---

其他常用的生物信息學軟件開發(fā)語言Java——跨平臺C++、C#——代碼執(zhí)行效率高VB——簡單易學第十頁，共五十六頁，2022年，8月28日生物信息學軟件的發(fā)展方向高通量海量數(shù)據(jù)分析并行處理新算法的提出和應(yīng)用網(wǎng)絡(luò)共享解決方案第十一頁，共五十六頁，2022年，8月28日PCR技術(shù)的應(yīng)用PCR：研究領(lǐng)域：基因克隆、測序、重組疾病診斷法醫(yī)鑒定親子鑒定古生物學研究第十二頁，共五十六頁，2022年，8月28日PCR引物及寡核苷酸設(shè)計----PCR原理高溫變性低溫退火適溫延伸第十三頁，共五十六頁，2022年，8月28日PCR引物及寡核苷酸設(shè)計----條件一、估測可能形成的DNA雙鏈的穩(wěn)定性（基礎(chǔ)）

算法：鄰近熱力學

25℃ΔG(kcal/mol)例：ACGG和其互補TGCC結(jié)合的ΔG：

ΔG(ACGG)=ΔG(AC)+ΔG(CG)+ΔG(GG)

=-(1.3+3.6+3.1)=-8.0kcal/mol第十四頁，共五十六頁，2022年，8月28日PCR引物及寡核苷酸設(shè)計----問題二、引物可能出現(xiàn)的二級結(jié)構(gòu)（基礎(chǔ)）1、發(fā)夾結(jié)構(gòu)（Hairpin）自身互補2、自身二聚體（Dimer）兩個同型引物互補3、交叉二聚體（CrossDimer）

兩個異型引物間互補第十五頁，共五十六頁，2022年，8月28日PCR引物及寡核苷酸設(shè)計---規(guī)則三、引物設(shè)計的一般規(guī)則1、引物3‘末端限制3’端防止連續(xù)三個C或G3’端防止互補（防止出現(xiàn)3‘端二聚體）2、引物互補限制盡量避免發(fā)夾結(jié)構(gòu)、自身二聚體和交叉二聚體出現(xiàn)在不可避免時，按如下原則處理：防3‘端互補>其他區(qū)域|ΔG|小>其他區(qū)域|ΔG|大第十六頁，共五十六頁，2022年，8月28日PCR引物及寡核苷酸設(shè)計---規(guī)則三、引物設(shè)計的一般規(guī)則3、引物長度PCR產(chǎn)物長度≤500bp

引物長度16～18bpPCR產(chǎn)物長度≈5kb

引物長度≈25bpPCR紀錄：23bp長度引物擴增出40kb產(chǎn)物引物長度>20bp產(chǎn)物長度>1kb應(yīng)考慮使用引物設(shè)計軟件！有效長度:L=2(G+C)+(A+T)L≤38第十七頁，共五十六頁，2022年，8月28日PCR引物及寡核苷酸設(shè)計---規(guī)則三、引物設(shè)計的一般規(guī)則4、引物的唯一性防止錯配發(fā)生錯配（或稱假引發(fā)）FalsePriming將導(dǎo)致產(chǎn)生非專一產(chǎn)物錯配第十八頁，共五十六頁，2022年，8月28日PCR引物及寡核苷酸設(shè)計--規(guī)則三、引物設(shè)計的一般規(guī)則5、引物內(nèi)部穩(wěn)定性（InternalStability）引物與模板應(yīng)具有較高的結(jié)合能量，這樣有利于引物與模板序列的整合，因此5‘端與中間段的ΔG值應(yīng)較高，而3’端ΔG值影響DNA聚合酶對模板DNA的解鏈，過高則不利于這一步驟。引物的ΔG值最好呈正弦曲線形狀，即5'端和中間部分ΔG值較高，而3'端ΔG值相對較低，且不要超過9（ΔG值為負值，這里取絕對值），如此則有利于正確引發(fā)反應(yīng)而可防止錯誤引發(fā)。第十九頁，共五十六頁，2022年，8月28日PCR引物及寡核苷酸設(shè)計---規(guī)則三、引物設(shè)計的一般規(guī)則6、解鏈溫度（Tm值）Tm值的幾種算法:(1)Tm=4(G+C)+2(A+T)(2)Tm=4(G+C)+2(A+T)[引物長度<14]

Tm=64.9+41(G+C-16.4)

-----------[引物長度≥14]

引物長度第二十頁，共五十六頁，2022年，8月28日PCR引物及寡核苷酸設(shè)計---規(guī)則三、引物設(shè)計的一般規(guī)則6、解鏈溫度（Tm值）(3)精確算法（鄰近熱力學）第二十一頁，共五十六頁，2022年，8月28日PCR引物及寡核苷酸設(shè)計---規(guī)則三、引物設(shè)計的一般規(guī)則7、退火溫度（TaOPT）第二十二頁，共五十六頁，2022年，8月28日PCR引物及寡核苷酸設(shè)計-引物設(shè)計軟件四、引物設(shè)計軟件常用的引物設(shè)計軟件PrimerPremier5

Oligo6推薦使用WONDERFUL生物信息學系統(tǒng)1700RMB售價US$885售價US$1200第二十三頁，共五十六頁，2022年，8月28日PCR引物及寡核苷酸設(shè)計寡核苷酸設(shè)計用于基因芯片、Southernblot和Northernblot

等核酸分子雜交的探針設(shè)計是和引物設(shè)計并列的一個問題的兩個方面常用的探針設(shè)計軟件：ArrayDesigner國產(chǎn)WONDERFUL生物信息學系統(tǒng)也具備該功能第二十四頁，共五十六頁，2022年，8月28日核酸序列分析基礎(chǔ)概念1、相位：任意DNA序列有6個相位核酸序列簡單分析第二十五頁，共五十六頁，2022年，8月28日核酸序列分析------基礎(chǔ)概念2、簡并堿基的表示方法第二十六頁，共五十六頁，2022年，8月28日核酸序列分析----基礎(chǔ)概念3、密碼子表和密碼子偏好性第二十七頁，共五十六頁，2022年，8月28日核酸序列分析----限制酶切位點分析EcoR

I識別片段GAATTC（G'AATT_C）……G

AATTC……

……CTTAA

G……Psp5

II識別片段RGGWCCY（RG'GWC_CY）R=AorGW=AorTY=CorT第二十八頁，共五十六頁，2022年，8月28日核酸序列分析---限制酶切位點分析線型序列：環(huán)型序列：第二十九頁，共五十六頁，2022年，8月28日核酸序列分析---限制酶切位點分析限制酶數(shù)據(jù)庫REBASE網(wǎng)址：數(shù)據(jù)庫中限制酶信息包括甲基化酶、相應(yīng)的微生物來源、識別序列位點、裂解位點、甲基化特性、酶的商業(yè)來源和參考文獻第三十頁，共五十六頁，2022年，8月28日核酸序列分析---核酸基序位點分析基序（motif或稱“模體”）——具有特定功能意義的生物序列片段如：原核生物Pribnow框（－10序列）TATAAT

Sextama框（－35序列）TTGACA真核生物TATA框TATA

CAAT框GGCAATCTA

TA

TC

T（TATAWAW）（GGYCAATCT）第三十一頁，共五十六頁，2022年，8月28日核酸序列分析---基因識別1、ORF（開放閱讀框）的識別ORF——OpenReadingFrame在DNA鏈上，由蛋白質(zhì)合成的起始密碼開始，到終止密碼子為止的一個連續(xù)編碼序列稱為一個開放閱讀框。ORF的識別是證明一個新的DNA序列為特定的蛋白質(zhì)編碼基因的先決條件。第三十二頁，共五十六頁，2022年，8月28日核酸序列分析----基因識別1、ORF（開放閱讀框）的識別算法：a.起始密碼子和終止密碼子所夾區(qū)域>300bpb.選擇跨度最大的c.六個閱讀框都要進行掃描d.起始密碼子可隨物種不同而更改第三十三頁，共五十六頁，2022年，8月28日核酸序列分析----基因識別2、TestCode測試編碼利用編碼區(qū)與非編碼區(qū)密碼子選用頻率的差異進行編碼區(qū)的統(tǒng)計學鑒別方法：由于內(nèi)含子的進化不受約束，而外顯子則受到選擇壓力，因此內(nèi)含子的序列要比外顯子更隨機。TestCode<0.74非編碼序列TestCode>0.95編碼序列0.74<TestCode<0.95不能確定是否編碼第三十四頁，共五十六頁，2022年，8月28日核酸序列分析-----基因識別3、CpG島搜索脊椎動物絕大多數(shù)基因的5‘端都存在CpG島CpG島的判別方法：以每200個堿基為單位掃描DNA序列，如某個片段內(nèi)胞嘧啶(C)與鳥嘌呤(G)的總和超過4種堿基總和的50%，即每10個核苷酸約出現(xiàn)一次雙核苷酸序列CG。具有這種特點的序列僅占基因組DNA總量的10%左右。第三十五頁，共五十六頁，2022年，8月28日核酸序列分析-----核酸序列分析軟件常用的核酸序列分析軟件：DNAsis(HITACHI)

DNAman

DNAtools

DNAstar密碼子圖表

密碼子使用工具

CpG島

DNA特征序列查找

DNA統(tǒng)計

ORF查找器

位置堿基頻率

限制位點概要

堿基比例圖

測試編碼

翻譯

第三十六頁，共五十六頁，2022年，8月28日實踐2：進入以下網(wǎng)站，初步學習分析Nosemabombycis在基因數(shù)據(jù)庫里所有序列的DNA統(tǒng)計分析結(jié)果DNA統(tǒng)計

DNA統(tǒng)計返回輸入序列的每種堿基與某些堿基組的個數(shù)與比例。實踐2：進入以下網(wǎng)站，初步學習分析Nosemabombycis在基因數(shù)據(jù)庫里所有序列的DNA統(tǒng)計分析結(jié)果第三十七頁，共五十六頁，2022年，8月28日蛋白質(zhì)序列分析----基礎(chǔ)概念氨基酸殘基的簡并邏輯表示法---

位置分隔符；[]允許此位置為括號內(nèi)的任何一個殘基；{}允許此位置為除了括號內(nèi)所包括的任何一個殘基；x代表任何殘基；x(3)代表任何3個氨基酸殘基，N-[PT]-{GM}-x(2)-[ILVM]√N-P-K-G-H-V,N-T-L-K-G-M×N-L-K-G-H-V,N-T-G-K-H-V第三十八頁，共五十六頁，2022年，8月28日蛋白質(zhì)序列分析---水解酶切點分析Calpain[LV][YMR]X,2第三十九頁，共五十六頁，2022年，8月28日蛋白質(zhì)序列分析--蛋白質(zhì)基序位點分析蛋白質(zhì)motif：如蛋白質(zhì)的磷酸化位點，糖基化位點等GLYCO_HORMONE_ALPHA_1C-x-G-C-C-[FY]-S-R-A-[FY]-P-T-P蛋白質(zhì)motif數(shù)據(jù)庫PROSITE第四十頁，共五十六頁，2022年，8月28日蛋白質(zhì)序列分析-----蛋白質(zhì)特性分析對20個氨基酸用物理化學的方法測定相關(guān)性質(zhì)如：疏水性第四十一頁，共五十六頁，2022年，8月28日蛋白質(zhì)序列分析----蛋白質(zhì)特性分析“開窗”的概念第四十二頁，共五十六頁，2022年，8月28日蛋白質(zhì)序列分析---蛋白質(zhì)特性分析Window=1Window=15第四十三頁，共五十六頁，2022年，8月28日GPCR蛋白質(zhì)序列分析---蛋白質(zhì)特性分析第四十四頁，共五十六頁，2022年，8月28日蛋白質(zhì)序列分析----蛋白質(zhì)二級結(jié)構(gòu)預(yù)測

GORII法預(yù)測結(jié)果第四十五頁，共五十六頁，2022年，8月28日蛋白質(zhì)序列分析蛋白質(zhì)二級結(jié)構(gòu)預(yù)測

五種蛋白質(zhì)二級結(jié)構(gòu)預(yù)測結(jié)果比較第四十六頁，共五十六頁，2022年，8月28日蛋白質(zhì)序列分析--蛋白質(zhì)高級結(jié)構(gòu)預(yù)測蛋白質(zhì)高級結(jié)構(gòu)預(yù)測網(wǎng)址：第四十七頁，共五十六頁，2022年，8月28日蛋白質(zhì)序列分析軟件專門用于蛋白質(zhì)序列分析的軟件較少大多集成在綜合軟件之中Wonderful生物信息學系統(tǒng)的蛋白質(zhì)序列分析功能：1、蛋白質(zhì)特性分析2、蛋白質(zhì)二級結(jié)構(gòu)預(yù)測3、蛋白質(zhì)水解酶切位點分析4、蛋白質(zhì)基序位點分析第四十八頁，共五十六頁，2022年，8月28日DNA、蛋白質(zhì)序列同源分析及

進化樹構(gòu)建第四十九頁，共五十六頁，2022年，8月28日相似性與同源性相似性是指一種很直接的數(shù)量關(guān)系，比如部分相同或相似的百分比或其它一些合適的度量?？蛇M行自身局部比較。 如DotPlot(點陣序列比較)同源性指從一些數(shù)據(jù)中推斷出的兩個基因或蛋白質(zhì)序列具而共同祖先的結(jié)論，屬于質(zhì)的判斷。