實驗一

生物信息數(shù)據(jù)庫及

生物信息分析軟件應用現(xiàn)代分子生物學大實驗實驗一

生物信息數(shù)據(jù)庫及

生物信息分析軟件應用現(xiàn)代分子生物1實驗目的掌握生物信息學基本概念、原理及方法應用生物信息學的一些工具進行初步的生物信息分析運用PrimerPrimier5進行引物設(shè)計實驗目的掌握生物信息學基本概念、原理及方法2實驗主要內(nèi)容分子生物學數(shù)據(jù)庫：掌握數(shù)據(jù)庫的種類、功能，文獻查找方法相似序列的數(shù)據(jù)庫搜索：掌握NCBI中幾種基本局部序列比對方法及幾種單機軟件的使用方法（Blastn；Blastp；Blastx；tBlastn）。生物信息學單機軟件介紹：PrimerPrimier5實驗主要內(nèi)容分子生物學數(shù)據(jù)庫：掌握數(shù)據(jù)庫的種類、功能，文獻查3歐洲分子生物學實驗室EMBL(EuropeanMolecularBiologyLaboratory)美國生物技術(shù)信息中心NCBI(NationalCenterforBiotechnologyInformation)日本遺傳研究所DDBJ(DNADataBankofJapan)國際權(quán)威數(shù)據(jù)庫歐洲分子生物學實驗室國際權(quán)威數(shù)據(jù)庫4國際權(quán)威數(shù)據(jù)庫國際權(quán)威數(shù)據(jù)庫5蛋白質(zhì)數(shù)據(jù)庫

SWISS-PROTTrEMBL(translationofEMBL)PIR(Promoterinformationresource)PRF（Promoterresearchfoundation）PDBSTR（Re-organizedProteindataBank）Prosite結(jié)構(gòu)數(shù)據(jù)庫

PDB(ProteinDataBank)NDB(NucleicAcidDatabase)DNA-bindProteindatabase

swiss-3DIMAGE酶和代謝數(shù)據(jù)庫

KEGG（KyotoEneyclopedinofgenes&genemes）PKR(ProteinKinaseResource)

文獻數(shù)據(jù)庫

PubMedOMIMAgricola常用數(shù)據(jù)庫蛋白質(zhì)數(shù)據(jù)庫常用數(shù)據(jù)庫6孟德爾人類遺傳（OMIM），三維蛋白質(zhì)結(jié)構(gòu)的分子模型數(shù)據(jù)庫（MMDB），唯一人類基因序列集合（UniGene），人類基因組基因圖譜，分類學瀏覽器，同國立癌癥研究所合作的癌癥基因組剖析計劃（CGAP）。Entrez是NCBI的為用戶提供整合的訪問序列，定位，分類和結(jié)構(gòu)數(shù)據(jù)的搜索和檢索系統(tǒng)。Entrez同時也提供序列和染色體圖譜的圖形視圖。Entrez是一個用以整合NCBI數(shù)據(jù)庫中信息的搜尋和檢索工具。這些數(shù)據(jù)庫包括核酸序列，蛋白序列，大分子結(jié)構(gòu)，全基因組，和通過PubMed檢索的MEDLINE。Entrez的一個強大和獨特的特點是檢索相關(guān)的序列，結(jié)構(gòu)和參考文獻的能力。雜志文獻通過PubMed獲得，PubMed是一個網(wǎng)絡搜索界面，可以提供對在MEDLINE上的九百萬雜志引用的訪問，包含了鏈接到參與的出版商網(wǎng)絡站點的全文文章。BLAST是一個NCBI開發(fā)的序列相似搜索程序，還可作為鑒別基因和遺傳特點的手段。BLAST能夠在小于15秒的時間內(nèi)對整個DNA數(shù)據(jù)庫執(zhí)行序列搜索。NCBI提供的附加的軟件工具有：開放閱讀框?qū)ひ捚鳎∣RFFinder），電子PCR，和序列提交工具，Sequin和BankIt。所有的NCBI數(shù)據(jù)庫和軟件工具可以從WWW或FTP來獲得。NCBI還有E-mail服務器，提供用文本搜索或序列相似搜索訪問數(shù)據(jù)庫一種可選方法。NCBI相關(guān)介紹孟德爾人類遺傳（OMIM），三維蛋白質(zhì)結(jié)構(gòu)的分子模型數(shù)據(jù)庫（7生物信息數(shù)據(jù)庫及生物信息分析軟件應用ppt課件8核苷酸數(shù)據(jù)庫dbEST

EST來源于mRNA

－基因長度（300-400bp，數(shù)據(jù)長度足以分析編碼的產(chǎn)物）或者全基因（已知）

－5’端或3’端的cDNA序列（EST）

－300-400bpsingle-passsequence（可能有誤，如果要求<0.1%的錯誤率，需要測序8-10次）

－GenBank中71%以上的是EST序列。UniGene

來源于同一基因的非重復EST，組成基因序列群（contig）

dbSTS

（sequencetaggedsites）

a.短序列（200-500bp）b.已完成染色體上的定位c.可以與電子PCR相連用dbGSS

（genomesurveysequence）

a.基因組短序列b.cosmid、BAC、YAC外源插入片斷末端序列c.AluPCR序列

HTG（high-throughputgenomesequence）

尚未完成測序的重疊群（>2kb）dbSNP

每100-300bp有一個SNPEPD（EukaryoticPromoterDatabase）啟動子數(shù)據(jù)庫核苷酸數(shù)據(jù)庫dbEST

EST來源于mRNA

－基因長度（9生物信息數(shù)據(jù)庫及生物信息分析軟件應用ppt課件10文獻數(shù)據(jù)庫文獻數(shù)據(jù)庫11序列相關(guān)檢索操作序列查詢登錄號（如X58929）序列名稱（如SCARGC）核酸同源性搜索

BLAST分析瀏覽整個基因組直觀顯示各染色體，可以在染色體水平上選擇感興趣的位點，逐層放大序列相關(guān)檢索操作序列查詢12生物信息數(shù)據(jù)庫及生物信息分析軟件應用ppt課件13生物信息數(shù)據(jù)庫及生物信息分析軟件應用ppt課件14瀏覽染色體瀏覽染色體15瀏覽染色體瀏覽染色體16瀏覽染色體瀏覽染色體17Blastp：氨基酸序列檢索蛋白質(zhì)庫將待查詢的蛋白質(zhì)序列及其互補序列一起對蛋白質(zhì)序列數(shù)據(jù)庫進行查詢；(Searchanucleotidedatabaseusinganucleotidequery)Blastn：核苷酸序列檢索核苷酸庫將待查詢的核酸序列及其互補序列一起對核酸序列數(shù)據(jù)庫進行查詢；(Searchanucleotidedatabaseusinganucleotidequery)

Blastx：核苷酸序列

氨基酸序列

蛋白質(zhì)庫先將待查詢的核酸序列按6種可讀框架(逐個向前3個堿基和逐個向后3個堿基讀碼)翻譯成蛋白質(zhì)序列，然后將翻譯結(jié)果對蛋白質(zhì)序列數(shù)據(jù)庫進行查詢；(Searchproteindatabaseusingatranslatednucleotidequery)tBlastn先將核酸序列數(shù)據(jù)庫中的核酸序列按6種可讀框架翻譯成蛋白質(zhì)序列，然后將待查詢的蛋白質(zhì)序列及其互補序列對其翻譯結(jié)果進行查詢；(Searchtranslatednucleotidedatabaseusingaproteinquery)tBlastx先將待查詢的核酸序列和核酸序列數(shù)據(jù)庫中的核酸序列按6種可讀框架翻譯成蛋白質(zhì)序列，然后再將2種翻譯結(jié)果從蛋白質(zhì)水平進行查詢。(Searchtranslatednucleotidedatabaseusingatranslatednucleotidequery)同源性搜索（BasicLocalAlignmentSearchTool）Blastp：氨基酸序列檢索蛋白質(zhì)庫同源性搜索（Basic18序列特征注釋

Annotationbysequencefeatures序列特征注釋

Annotationbysequence19SubcellularLocalizationSubcellularLocalization20NoneSignalpeptideNoneobvioustransmembraneregionNoneSignalpeptideNoneobviou21MotifsMotifs22DomainsPfamInterProDomainsPfamInterPro23CoiledCoilRegionsCoiledCoilRegions24STRUCTURECannotfinddatainPDBPredictedinGTDSTRUCTURECannotfinddatain25

多序列比對

Multiplesequencealignmentanalysis

多序列比對

Multiplesequencealign26生物信息數(shù)據(jù)庫及生物信息分析軟件應用ppt課件27ClustalW,viewasJalViewClustalW,viewasJalView28生物信息數(shù)據(jù)庫及生物信息分析軟件應用ppt課件29引物設(shè)計－primerprimer5軟件引物設(shè)計的一般步驟序列查詢單基因序列多基因序列引物設(shè)計引物確定引物設(shè)計－primerprimer5軟件引物設(shè)計的一30引物的設(shè)計原則引物與模板的序列要緊密互補引物與引物之間避免形成穩(wěn)定的二聚體或發(fā)夾結(jié)構(gòu)引物不能在模板的非目的位點引發(fā)DNA聚合反應(即錯配)引物的設(shè)計原則引物與模板的序列要緊密互補31引物的長度一般為15-30bp，常用的是18-27bp，但不應大于38，因為過長會導致其延伸溫度大于74℃，不適于TaqDNA聚合酶進行反應。引物所對應模板位置序列的Tm值在72℃左右可使復性條件最佳。Tm值的計算有多種方法，如按公式Tm＝4(G+C)＋2(A+T)，在Oligo軟件中使用的是最鄰近法(thenearestneighbormethod)。Tm值：50％的引物和互補序列表現(xiàn)為雙鏈DNA分子時的溫度引物的設(shè)計原則引物的長度一般為15-30bp，常用的是18-27bp，32引物序列在模板內(nèi)應當沒有相似性較高，尤其是3’端相似性較高的序列，否則容易導致錯配。引物3’端出現(xiàn)3個以上的連續(xù)堿基，如GGG或CCC，也會使錯誤引發(fā)機率增加。引物3’端的末位堿基對Taq酶的DNA合成效率有較大的影響。不同的末位堿基在錯配位置導致不同的擴增效率，末位堿基為A的錯配效率明顯高于其他3個堿基，因此應當避免在引物的3’端使用堿基A。引物的設(shè)計原則引物序列在模板內(nèi)應當沒有相似性較高，尤其是3’端相似性較高的33引物二聚體及發(fā)夾結(jié)構(gòu)的能值過高（超過4.5kcal/mol）易導致產(chǎn)生引物二聚體帶，并且降低引物有效濃度而使PCR反應不能正常進行。5’端序列對PCR影響不太大，因此常用來引進修飾位點或標記物。對引物的修飾一般是在5’端增加酶切位點，應根據(jù)下一步實驗中要插入PCR產(chǎn)物的載體的相應序列而確定。引物的設(shè)計原則引物二聚體及發(fā)夾結(jié)構(gòu)的能值過高（超過4.5kcal/mol）34primerprimer5軟件的使用primerprimer5軟件的使用35primerprimer5軟件的使用primerprimer5軟件的使用36primerprimer5軟件的使用primerprimer5軟件的使用37primerprimer5軟件的使用primerprimer5軟件的使用38primerprimer5軟件的使用primerprimer5軟件的使用39primerprimer5軟件的使用primerpri