生物信息學(xué)軟件ppt課件

1、華南農(nóng)業(yè)大學(xué)動物科學(xué)學(xué)院劉吉平2019-04-26內(nèi)容概要生物信息學(xué)軟件的主要功能簡介分析和處置實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)和公共數(shù)據(jù)，加快研討進(jìn)度，縮短科研時間提示、指點(diǎn)、替代實(shí)驗(yàn)操作，利用對實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)的分析所得的結(jié)論設(shè)計(jì)下一階段的實(shí)驗(yàn)用計(jì)算機(jī)管理實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)尋覓、預(yù)測新基因及預(yù)測其構(gòu)造、功能蛋白高級構(gòu)造預(yù)測BioinformaticsComputational Biology算法是算法是 corecore算法是算法是 keykey算法是算法是 soulsoul數(shù)學(xué)家：實(shí)踐問題的籠統(tǒng)數(shù)學(xué)家：實(shí)踐問題的籠統(tǒng) 算法研討算法研討生物學(xué)家：實(shí)踐問題的提出生物學(xué)家：實(shí)踐問題的提出 軟件運(yùn)用軟件運(yùn)用軟件專家：算法的工具化軟件專家

2、：算法的工具化 軟件開發(fā)軟件開發(fā) 各種序列：DNA，Protein生物信息學(xué)處置軟件平臺BlastGenscanBlocks生物學(xué)家計(jì)算生物學(xué)模型計(jì)算生物學(xué)模型/算法算法軟件并行軟件：并行軟件：Blast,Phrap,SW市場化市場化各種算法串行后基因組學(xué)數(shù)據(jù)后基因組學(xué)數(shù)據(jù)并行生物信息學(xué)軟件的分類生物信息學(xué)軟件的分類按功能分類：按功能分類：1 1、DNADNA序列分析軟件序列分析軟件 如：如：DNACLUB,Chromas1.56DNACLUB,Chromas1.562 2、蛋白質(zhì)序列分析軟件、蛋白質(zhì)序列分析軟件 如：如：ANTHEPROTANTHEPROT3 3、RNARNA構(gòu)造預(yù)測軟件構(gòu)造

3、預(yù)測軟件 如：如：RNAdrawRNAdraw4 4、引物設(shè)計(jì)軟件、引物設(shè)計(jì)軟件 如：如：OligoOligo， Primer PremierPrimer Premier5 5、基因芯片軟件、基因芯片軟件 如：如：Array MakerArray Maker6 6、序列比對軟件、序列比對軟件 如：如：Clustal XClustal X7 7、親緣進(jìn)化樹軟件、親緣進(jìn)化樹軟件 如：如：PHYLIPPHYLIP和和PAUP,TreeviewPAUP,Treeview8 8、綜合軟件、綜合軟件 如：如：GCG(Genetics Computer Group) GCG(Genetics Compute

4、r Group) 生物信息學(xué)軟件的分類生物信息學(xué)軟件的分類按運(yùn)用方式分類：按運(yùn)用方式分類：1 1、本地分析軟件、本地分析軟件, ,如如Lasergene, Lasergene, 可在可在 WindowsWindows或或MacIntoshMacIntosh微機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)，有單機(jī)版和網(wǎng)絡(luò)版微機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)，有單機(jī)版和網(wǎng)絡(luò)版2 2、在線分析軟件、在線分析軟件 ：內(nèi)聯(lián)網(wǎng)軟件：內(nèi)聯(lián)網(wǎng)軟件Genemill,Geneworld,GeneThesaurus)Genemill,Geneworld,GeneThesaurus)和因特網(wǎng)和因特網(wǎng)軟件軟件( (如如BLASTBLAST以及以及CINEMA)CINEMA)按運(yùn)轉(zhuǎn)平臺

5、分類：按運(yùn)轉(zhuǎn)平臺分類：1 1、UNIX + SGIUNIX + SGI任務(wù)站任務(wù)站2 2、WindowsWindows或或MacIntosh+ PCMacIntosh+ PC生物信息學(xué)軟件的開發(fā)生物信息學(xué)軟件的開發(fā)- P e r l- P e r l運(yùn)用運(yùn)用具有生物信息學(xué)特征的程序文語具有生物信息學(xué)特征的程序文語 P e r l P e r lPerlPerl言語的特點(diǎn)：言語的特點(diǎn)：1 1、對過程、檔案和文字有很強(qiáng)的處置才干、對過程、檔案和文字有很強(qiáng)的處置才干2 2、跨平臺、跨平臺3 3、解釋執(zhí)行、解釋執(zhí)行4 4、簡單易學(xué)、簡單易學(xué)5 5、適用于網(wǎng)絡(luò)程序開發(fā)、適用于網(wǎng)絡(luò)程序開發(fā)bioperl生

6、物信息學(xué)軟件的開發(fā)生物信息學(xué)軟件的開發(fā)- 其他常用的生物信息學(xué)軟件開其他常用的生物信息學(xué)軟件開發(fā)言語發(fā)言語Java Java 跨平臺跨平臺C+C+、C# C# 代碼執(zhí)行效率高代碼執(zhí)行效率高VB VB 簡單易學(xué)簡單易學(xué)生物信息學(xué)軟件的開展方向生物信息學(xué)軟件的開展方向PCRPCR技術(shù)的運(yùn)用技術(shù)的運(yùn)用PCRPCR： 研討領(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(xué)研討 高溫變性 低溫退火 適溫延伸一、估測能夠構(gòu)成的一、估測能夠構(gòu)成的DNADNA雙鏈的穩(wěn)定性雙鏈的穩(wěn)定性 根底根底 算法：算法：臨近熱力學(xué)臨近熱力學(xué)2525G(kcal/mol)G(kcal/mol)例：例：ACGG

7、 ACGG 和其互補(bǔ)和其互補(bǔ) TGCC TGCC 結(jié)合的結(jié)合的GG： G(ACGG)= G(AC)+ G(CG)+ G(GG) G(ACGG)= G(AC)+ G(CG)+ G(GG) = -(1.3+3.6+3.1) = -8.0 = -(1.3+3.6+3.1) = -8.0 kcal/molkcal/mol二、引物能夠出現(xiàn)的二級構(gòu)造二、引物能夠出現(xiàn)的二級構(gòu)造 根底根底1 1、發(fā)夾構(gòu)造、發(fā)夾構(gòu)造HairpinHairpin 本身互補(bǔ)本身互補(bǔ) 2 2、本身二聚體、本身二聚體DimerDimer 兩個同型引物互補(bǔ)兩個同型引物互補(bǔ)3 3、交叉二聚體、交叉二聚體Cross DimerCross D

8、imer 兩個異型引物間互補(bǔ)兩個異型引物間互補(bǔ)三、引物設(shè)計(jì)的普通規(guī)那么三、引物設(shè)計(jì)的普通規(guī)那么1 1、引物、引物3 3末端限制末端限制 3 3端防止延續(xù)三個端防止延續(xù)三個C C或或G G 3 3端防止互補(bǔ)防止出現(xiàn)端防止互補(bǔ)防止出現(xiàn)3 3端二聚體端二聚體2 2、引物互補(bǔ)限制、引物互補(bǔ)限制盡量防止發(fā)夾構(gòu)造、本身二聚體和交叉二聚體出現(xiàn)盡量防止發(fā)夾構(gòu)造、本身二聚體和交叉二聚體出現(xiàn)在不可防止時，按如下原那么處置：在不可防止時，按如下原那么處置： 防防3 3端互補(bǔ)端互補(bǔ) 其他區(qū)域其他區(qū)域|G |G |小小 其他區(qū)域其他區(qū)域|G |G |大大 三、引物設(shè)計(jì)的普通規(guī)那么三、引物設(shè)計(jì)的普通規(guī)那么3 3、引物長度

9、、引物長度 PCR PCR產(chǎn)物長度產(chǎn)物長度 500bp 500bp 引物長度引物長度 16 16 18 bp 18 bp PCR PCR產(chǎn)物長度產(chǎn)物長度 5kb 5kb 引物長度引物長度 25bp 25bp PCR PCR紀(jì)錄：紀(jì)錄：23bp23bp長度引物長度引物 擴(kuò)增出擴(kuò)增出 40kb 40kb產(chǎn)物產(chǎn)物 引物長度引物長度 20bp 20bp 產(chǎn)物長度產(chǎn)物長度 1kb 1kb 應(yīng)思索運(yùn)用引物設(shè)計(jì)軟件！應(yīng)思索運(yùn)用引物設(shè)計(jì)軟件！有效長度有效長度: :L=2(G+C)+(A+T)L=2(G+C)+(A+T)L38L38三、引物設(shè)計(jì)的普通規(guī)那么三、引物設(shè)計(jì)的普通規(guī)那么4 4、引物的獨(dú)一性、引物的獨(dú)一

10、性 防止錯配發(fā)生防止錯配發(fā)生錯配或稱假引發(fā)錯配或稱假引發(fā)False PrimingFalse Priming將導(dǎo)致產(chǎn)生非專注產(chǎn)物將導(dǎo)致產(chǎn)生非專注產(chǎn)物錯配錯配三、引物設(shè)計(jì)的普通規(guī)那么三、引物設(shè)計(jì)的普通規(guī)那么5 5、引物內(nèi)部穩(wěn)定性、引物內(nèi)部穩(wěn)定性Internal StabilityInternal Stability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，因此模板序列的整合，因此5 5端與中間段的端與中間段的GG值應(yīng)較高，而值應(yīng)較高，而3 3端端GG值影響值影響DNADNA聚合酶對模板聚合酶對模板DNADNA的解鏈，過高那么不

11、的解鏈，過高那么不利于這一步驟。利于這一步驟。引物的引物的GG值最好呈正弦曲線外形，即值最好呈正弦曲線外形，即55端和中間部分端和中間部分GG值較高，而值較高，而33端端GG值相對較低，且不要超越值相對較低，且不要超越9 9GG值為負(fù)值，這里取絕對值，如此那么有利于正確引發(fā)值為負(fù)值，這里取絕對值，如此那么有利于正確引發(fā)反響而可防止錯誤引發(fā)。反響而可防止錯誤引發(fā)。三、引物設(shè)計(jì)的普通規(guī)那么三、引物設(shè)計(jì)的普通規(guī)那么6 6、解鏈溫度、解鏈溫度TmTm值值TmTm值的幾種算法值的幾種算法: :(1) Tm=4(G+C)+2(A+T)(1) Tm=4(G+C)+2(A+T)(2) Tm=4(G+C)+2(

12、A+T) (2) Tm=4(G+C)+2(A+T) 引物長度引物長度14 300bp 300bpb.b.選擇跨度最大的選擇跨度最大的c.c.六個閱讀框都要進(jìn)展掃描六個閱讀框都要進(jìn)展掃描d.d.起始密碼子可隨物種不同而更改起始密碼子可隨物種不同而更改2 2、TestCode TestCode 測試編碼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別進(jìn)展利用編碼區(qū)與非編碼區(qū)密碼子選用頻率的差別進(jìn)展編碼區(qū)的統(tǒng)計(jì)學(xué)鑒別方法：編碼區(qū)的統(tǒng)計(jì)學(xué)鑒別方法：由于內(nèi)含子的進(jìn)化不受約束，而外顯子那么遭到選由于內(nèi)含子的進(jìn)化不受約束，而外顯子那么遭到選擇壓力，因此內(nèi)含子的序列要比外顯子更隨機(jī)。擇壓力，因此內(nèi)含子的序列要

13、比外顯子更隨機(jī)。TestCode 0.74 TestCode 0.95 TestCode 0.95 編碼序列編碼序列0.74 TestCode 0.95 0.74 TestCode 0.95 不能確定能否編碼不能確定能否編碼3 3、CpGCpG島島 搜索搜索脊椎動物絕大多數(shù)基因的脊椎動物絕大多數(shù)基因的5 5端都存在端都存在CpGCpG島島 CpGCpG島的判別方法：島的判別方法：以每以每200200個堿基為單位掃描個堿基為單位掃描DNADNA序列，如某個片段內(nèi)胞序列，如某個片段內(nèi)胞嘧啶嘧啶(C)(C)與鳥嘌呤與鳥嘌呤(G)(G)的總和超越的總和超越4 4種堿基總和的種堿基總和的50%50%，即

14、每即每1010個核苷酸約出現(xiàn)一次雙核苷酸序列個核苷酸約出現(xiàn)一次雙核苷酸序列CGCG。具有這。具有這種特點(diǎn)的序列僅占基因組種特點(diǎn)的序列僅占基因組DNADNA總量的總量的10%10%左右。左右。常用的核酸序列分析軟常用的核酸序列分析軟件：件：DNAsis (HITACHI)DNAsis (HITACHI)DNAmanDNAmanDNAtoolsDNAtoolsDNAstarDNAstar密碼子圖表密碼子圖表 密碼子運(yùn)用工具密碼子運(yùn)用工具 CpGCpG島島 DNADNA特征序列查找特征序列查找 實(shí)際2：進(jìn)入以下網(wǎng)站，初步學(xué)習(xí)分析Nosema bombycis在基因數(shù)據(jù)庫里一切序列的DNA統(tǒng)計(jì)分析結(jié)果

15、 DNA統(tǒng)計(jì)bio-soft/sms/index.html DNA統(tǒng)計(jì)前往輸入序列的每種堿基與某些堿基組的個數(shù)與比例。實(shí)際實(shí)際2：進(jìn)入以下網(wǎng)站，：進(jìn)入以下網(wǎng)站，初步學(xué)習(xí)分析初步學(xué)習(xí)分析Nosema bombycis在基因數(shù)據(jù)庫里一切在基因數(shù)據(jù)庫里一切序列的序列的DNA統(tǒng)計(jì)分析統(tǒng)計(jì)分析結(jié)果結(jié)果氨基酸殘基的簡并邏輯表示法氨基酸殘基的簡并邏輯表示法- - 位置分隔符；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?jiān)试S此位置為除了括號內(nèi)所包括的任何一個殘基；基；x x 代表任何殘基；代表任何殘基；x(3) x(3) 代表任何

16、代表任何3 3個氨基酸殘基，個氨基酸殘基，N-PT-GM-x(2)-ILVMN-P-K-G-H-V, N-N-P-K-G-H-V, N-T-L-K-G-MT-L-K-G-MN-L-K-G-H-V, N-N-L-K-G-H-V, N-T-G-K-H-VT-G-K-H-VCalpainLV YMR X ,2蛋白質(zhì)蛋白質(zhì)motifmotif：如蛋白質(zhì)的磷酸化位點(diǎn)，糖基化位點(diǎn)等如蛋白質(zhì)的磷酸化位點(diǎn)，糖基化位點(diǎn)等GLYCO_HORMONE_ALPHA_1C-x-G-C-C-FY-S-R-A-FY-P-T-P蛋白質(zhì)蛋白質(zhì)motifmotif數(shù)據(jù)庫數(shù)據(jù)庫 PROSITEPROSITE/p

17、rosite//prosite/對對2020個氨基酸用物理化學(xué)的方法測定相關(guān)性質(zhì)個氨基酸用物理化學(xué)的方法測定相關(guān)性質(zhì)如：疏水性如：疏水性“開窗的概念開窗的概念Window=1Window=1Window=15Window=15G P C RGOR II 法預(yù)測結(jié)果法預(yù)測結(jié)果五種蛋白質(zhì)二級構(gòu)造預(yù)測結(jié)果比較五種蛋白質(zhì)二級構(gòu)造預(yù)測結(jié)果比較蛋白質(zhì)高級構(gòu)造預(yù)測蛋白質(zhì)高級構(gòu)造預(yù)測expasy.ch/swissmod/expasy.ch/swissmod/蛋白質(zhì)序列分析軟件蛋白質(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大多集成在綜

18、合軟件之中WonderfulWonderful生物信息學(xué)系統(tǒng)的蛋白質(zhì)序列分析功能：生物信息學(xué)系統(tǒng)的蛋白質(zhì)序列分析功能：1 1、蛋白質(zhì)特性分析、蛋白質(zhì)特性分析2 2、蛋白質(zhì)二級構(gòu)造預(yù)測、蛋白質(zhì)二級構(gòu)造預(yù)測3 3、蛋白質(zhì)水解酶切位點(diǎn)分析、蛋白質(zhì)水解酶切位點(diǎn)分析4 4、蛋白質(zhì)基序位點(diǎn)分析、蛋白質(zhì)基序位點(diǎn)分析DNA、蛋白質(zhì)序列同源分析及進(jìn)化樹構(gòu)建類似性與同源性 類似性是指一種很直接的數(shù)量關(guān)系，比如部分一樣或類似的百分比或其它一些適宜的度量?？蛇M(jìn)展本身部分比較。如 Dot Plot (點(diǎn)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)的判別。如 Alignment (同源性分析)引薦軟件 類似性分析類似性分析 Peptool Lite 同源性分析同源性分析 Vector NTI 6-AlignX Contig Express-DNA 序列序列片斷拼接片斷拼接 Alignment 軟件軟件 CLUSTAL XVector NTI Suit 同源比較進(jìn)化樹GCG (Genetics Computer Group)1994 1994 軍科院軍科院 吳加金吳加金 GOLDKEYGOLDKEY2000 2000 基因探求者基因探求者2019 WONDERFUL2019 WONDERF