ITS序列分析相關(guān)的名詞解釋

1DNA分子標(biāo)記：在DNA分子上檢測生物間的差異，是DNA水平遺傳變異的直接反映。DNA分子標(biāo)記能對各個發(fā)育時期的個體、各個器官甚至細胞作檢測，不受環(huán)境與基因表達與否的限制，數(shù)量極多，遍及整個基因組，多態(tài)性高，遺傳穩(wěn)定DNA條形碼-新的生物身份識別系統(tǒng)（以染色體組為基礎(chǔ)）： 利用標(biāo)準(zhǔn)的、有足夠變異的、易擴增且相對較短的DNA片段對物種進行快速、準(zhǔn)確地自動鑒定。與傳統(tǒng)鑒定方法的理論基礎(chǔ)不同，DNA條形碼技術(shù)基于物種基因型的差異，而不是環(huán)境密切相關(guān)的表現(xiàn)型，克服了傳統(tǒng)鑒定方法的諸多缺陷，具有鑒定結(jié)果準(zhǔn)確、可重復(fù)性良好、方法通用性強等優(yōu)點。還有助于發(fā)現(xiàn)新種和隱種。DNA條形碼的優(yōu)點：1以信息穩(wěn)定的DNA序列為檢測對象，每一物種具有各自特定的DNA序列信息，同種生物不同生長期具有相同的DNA序列信息，即使經(jīng)過加工使其形態(tài)發(fā)生變化，但其DNA序列信息不會改變，而傳統(tǒng)形態(tài)學(xué)鑒定特征會因趨同性和變異導(dǎo)致鑒定錯誤；與傳統(tǒng)分類方法相比， DNA條形碼技術(shù)礦大了檢測樣本的范圍，即使樣本部分受損也不會影響鑒定結(jié)果。2能夠拋開形態(tài)相似的假象，從基因水平上對傳統(tǒng)分類方法難以區(qū)分的類群進行物種鑒定。 3建立DNA條形碼數(shù)據(jù)庫，不但可以一次性鑒定大量物種，而且可以提供各物種的明確信息；不僅能夠彌補傳統(tǒng)分類學(xué)對物種形態(tài)描述的不足，而且還可以加快對已知物種的識別速度；同事有助于發(fā)現(xiàn)新物種。4在DNA條形碼技術(shù)的基礎(chǔ)上研制簡便和高效的條形碼掃描儀，可以加快物種鑒定和進化研究的步伐，有益于推進分類學(xué)研究基礎(chǔ)薄弱的國家，尤其是發(fā)展中國家物種鑒定及進化研究的步伐。傳統(tǒng)鑒定（中藥材四大傳統(tǒng)鑒定方法：基原鑒定、性狀鑒定、顯微鑒定和理化鑒定）的缺點：基原鑒定和性狀鑒定難以區(qū)分形態(tài)性狀相似的近緣種， 且藥用植物形態(tài)性狀易受地理生態(tài)環(huán)境、生長期等因素影響，從而影響鑒定結(jié)果的準(zhǔn)確性；理化鑒定中的活性成分易受其生理條件、采收時間的因素的影響，同時對化學(xué)成分相似的物種也較難區(qū)分。2ITS序列：在rDNA基因中，16SrDNA和28SrDNA基因間隔序列稱為（ITS）。非編碼區(qū)用途：在種間及種下居群間具有進化速率快，變異程度高、區(qū)分物種能力強的特點，適用于藥用植物與其近緣種類等較低分類階元的分子鑒定。6非轉(zhuǎn)錄間隔區(qū)：DNA分子中，不同基因（操縱子）之間的非轉(zhuǎn)錄序列7保守序列：指DNA分子中的一個核苷酸片段或者蛋白質(zhì)中的氨基酸片段， 它們在進化過程中基本保持不變。10信息位點：信息位點就是指能由位點產(chǎn)生的突變數(shù)目把一棵樹與其它樹區(qū)分開來的位點。信息位點是指那些至少存在2個不同核苷酸且每個不同核苷酸至少出現(xiàn)兩次的位點。11系統(tǒng)學(xué)：是提煉系統(tǒng)論、信息論、控制論的共同基礎(chǔ)理論而形成的一門學(xué)科,建立系統(tǒng)科學(xué)基礎(chǔ)科學(xué)的這種系統(tǒng)學(xué)是由中國學(xué)者錢學(xué)森所倡導(dǎo)12指紋圖譜：中藥指紋圖譜是指某些中藥材或中藥制劑經(jīng)適當(dāng)處理后，采用一定的分析手段，得到的能夠標(biāo)示其化學(xué)特征的色譜圖或光譜圖13遺傳多樣性：遺傳多樣性又稱為基因多樣性。是生物多樣性的重要組成部分。同種個體間因為其生活環(huán)境的不同， 經(jīng)歷長時間的天擇、突變所產(chǎn)生的結(jié)果。如果遺傳多樣性越高，則族群中可提供環(huán)境天擇的基因愈多；相對的，對于環(huán)境適應(yīng)能力就愈強，有利于族群的生存及演化。14RAPD技術(shù)：隨機擴增多態(tài)性DNA是一種基于PCR勺分子標(biāo)記。利用隨機引物對基因組DNA進行擴增，由于引物在DNA模板上的結(jié)合位點不同，所以就可以擴增出不同長度的多態(tài)性片段，是基于全基因組水平上檢測 DNA變異的一種快速、有效的技術(shù)體系。15親緣關(guān)系：生物類群在系統(tǒng)發(fā)生上所顯示的某種血緣關(guān)系17系統(tǒng)發(fā)育樹：進化樹的構(gòu)建是一個統(tǒng)計學(xué)問題，我們所構(gòu)建出來的進化樹只是對真實的進化關(guān)系的評估或者模擬。進化樹由結(jié)點和進化分支組成，每一結(jié)點表示一個分類學(xué)單元（屬、種群、個體等），進化分支定義了分類單元（祖先與后代）之間的關(guān)系，一個分支只能連接相鄰的節(jié)點。進化樹分支的圖像稱為進化的拓撲結(jié)構(gòu)，其中分支長度表示該分支進化過程中變化的程度， 標(biāo)有分支長度的進化分支叫標(biāo)度枝。校正后的標(biāo)度樹常常用年代表示，這樣的樹通常根據(jù)某一或部分基因的理論分析而得出。進化分支可以沒有分支長度的標(biāo)注，沒有被標(biāo)注的分支長度不表示變化的程度，隨讓分支的有些地方用數(shù)點進行了注釋。無根的樹只是指明了種屬的相互關(guān)系，沒有確認共同祖先或進化途徑。目的：建樹的目的是為了檢驗每個物種的單系性，即同一個物種的不同個體能否緊密聚集在一起genbank:是由NCBI編護的DNA和RNA序列數(shù)據(jù)庫為了分析核酸和蛋白質(zhì)序列中所含有的生物信息，眾多研究機構(gòu)開發(fā)了專業(yè)性的FAS格式：FASTA格式-由于genbank與EMBI數(shù)據(jù)格式比較復(fù)雜，為了分析的方便，出現(xiàn)了FASTA格式。是一種基于文本用于表示核苷酸序列或氨基酸序列的格式。在這種格式中堿基對或氨基酸用單個字母來編碼， 且允許在序列前添加序列名及注釋。clustalX2.0:是一種漸進的比對方法，先將多個序列兩兩比對構(gòu)建距離矩陣，反應(yīng)序列之間兩兩關(guān)系；然后根據(jù)距離矩陣計算產(chǎn)生系統(tǒng)進化指導(dǎo)樹，對關(guān)系密切的序列進行加權(quán)；然后從最緊密的兩條序列開始，逐步引入鄰近的序列并不斷重新構(gòu)建比對，知道所有序列都被加入為止。clustalX為進行多重序列和輪廓比對和分析結(jié)果提供了一個整體的環(huán)境序列將顯示在屏幕的窗口中，利用了色彩的模式可以在比對中加亮保守區(qū)的特列。窗口上面的下拉菜單可以讓你選擇傳統(tǒng)多重比對和輪廓比對需要的所有選項。Clustal的漸進比對過程：在比對過程中，先對所有的序列進行兩兩比對并計算他們相似性分值，然后根據(jù)相似性分值將它們分成若干組， 并在每組之間進行比對，計算相似性分值。根據(jù)相似性分值繼續(xù)分組比對，知道得到最終的比對結(jié)果。在比對過程中，相似性程度較高的序列先進行比對而距離較遠的序列添加在后面。序列相似性比較：就是將待研究序列與DNA或蛋白質(zhì)序列庫進行比較，用于確定該序列的生物屬性，也就是找出與此序列相似的已知序列是什么。序列同源性分析：是將待研究序列加入到一組與之同源，但來自不同物種的序列中進行多序列同時比較，以確定該序列與其他序列之間的同源性大小。多序列比對的意義：1用于描述一組序列之間的相似性關(guān)系，以便了解一個基因家族的基本特征，尋找motif，保守區(qū)域等。2用于描述一個同源基因之間的親緣關(guān)系的遠近，應(yīng)用到分子進化分析中。 3其他應(yīng)用，如構(gòu)建profile，打分矩陣等。23比對：比對是科學(xué)研究中最常見的方法，通過將研究對象相互比較來尋找對象可能具備的特性。在生物信息學(xué)研究中，比對是最常用和最經(jīng)典的研究手段。比對還是數(shù)據(jù)庫搜索算法的基礎(chǔ)，將查詢序列與整個數(shù)據(jù)庫的所有序列進行比對，從數(shù)據(jù)庫中獲得與其最相似序列的已有的數(shù)據(jù)， 能最快速的獲得有關(guān)查詢序列的大量有價值的參考信息，對于進一步分析其結(jié)構(gòu)和功能都會有很大的幫助。序列比對的理論基礎(chǔ)是進化學(xué)說，如果兩個序列之間具有足夠的相似性，就推測二者可能有共同的進化祖先，經(jīng)過序列內(nèi)殘基的替換、殘基或序列片段的缺失、以及序列重組等遺傳變異過程分別演化而來。序列相似和序列同源是不同的概念，序列之間的相似程度是可以量化的參數(shù)， 而序列是否同源需要有進化事實的驗證。24空位：（空位或缺失）在序列比對時，為了更好的匹配，需要適當(dāng)加入空位，使序列之間所對應(yīng)的相同堿基最多。K-2-P雙參數(shù)模型：生物條形碼聯(lián)盟（CBOL）推薦使用的距離計算模型NJ法（基于距離的構(gòu)建方法）：基本思想是反復(fù)將相鄰點合成新的節(jié)點種群，直到形成一個包含所有物種（通常用DNA或蛋白質(zhì)序列表示）的節(jié)點種群，其中相鄰點是指具有最小速率校正距離的節(jié)點對。該方法以一顆星形樹作為初始狀態(tài)，首先將矩陣中具有最小速率校正距離的兩個分類群聚類，并計算新分類群與剩余分類群之間的距離得到新的距離矩陣，至此完成算法的一輪計算，重復(fù)此過程，最終會得到一個以所有原始分類群為葉節(jié)點的系統(tǒng)樹。通過各個物種之間的比較，根據(jù)一定的假設(shè)（進化距離模型）推導(dǎo)得出分類群之間的進化距離，構(gòu)建一個進化距離矩陣。進化樹的構(gòu)建則是基于這個矩陣中的進化距離關(guān)系bootstrap:即自展值-自展支持率，是用來檢驗?zāi)闼嬎愕倪M化樹分支可信度的。簡單地講就是把序列的位點都重排， 重排后的序列再用相同的辦法構(gòu)樹，如果原來樹的分枝在重排后構(gòu)的樹中也出現(xiàn)了， 就給這個分枝打上一分，如果沒出現(xiàn)就給0分，這樣經(jīng)過你給定的repetitions次（至少1000次）重排構(gòu)樹打分后，每個分枝就都得出分值，計算機會給你換算成bootstrap值。一般Bootstrap的值＞50,貝U認為構(gòu)建的進化樹較為可靠。如果Bootstrap的值太低，則有可能進化樹的拓撲結(jié)構(gòu)有錯誤，進化樹是不可靠的。Bootstrapvalues（步長值）是指在你選擇的遺傳距離算法（一般選擇鄰接法即NJ法）中軟件根據(jù)所比對序列得到結(jié)果 比如bootstrapvalue設(shè)置為1000,即軟件構(gòu)建了相應(yīng)的1000”棵樹“，在每個節(jié)點上顯示的bootstrapvalue即指在這1000次建樹過程中，有相應(yīng)的次數(shù)的頻率這個分枝內(nèi)的幾株菌或幾段序列在進化速度上相似，一般認為節(jié)點處的bootstrapvalue大于500時分析結(jié)果可信，bootstrapvalue在mega,philiphy,等軟件中常見。通過系統(tǒng)發(fā)生分析推斷出的樹的不同部分可能有不同的置信度。自舉檢驗（bootstraptest） 是一種重抽樣技術(shù)，能粗略地量化這些置信度水平。造成統(tǒng)計誤差的一個原因是數(shù)據(jù)采樣誤差，測量采樣誤差的一個好方法是，對于分析的對象多次采樣，比較不同樣本得到的估計值，估計值的分布可以說明一些問題。自舉檢驗是一種現(xiàn)代統(tǒng)計技術(shù)，它使用與上述相同的原則，利用計算機隨機地重采樣數(shù)據(jù)，來確定采樣誤差和一些參數(shù)估計的置信區(qū)間。 不同的是，我們并不進行實際的重采樣，而是重采樣數(shù)據(jù)的偽復(fù)本。自舉檢驗的基本方法是：從原數(shù)據(jù)集中抽?。ㄍ瑫r替換）部分數(shù)據(jù)組成新的數(shù)據(jù)集，然后用這個新的數(shù)據(jù)集構(gòu)造系統(tǒng)發(fā)生樹。重復(fù)該過程，產(chǎn)生成百上千的重采樣數(shù)據(jù)集，并同時生成對應(yīng)的自舉樹，進而檢驗自舉樹對最終系統(tǒng)發(fā)生樹各個分支的支持率。具體做法是，將最終系統(tǒng)發(fā)生樹與各個自舉樹進行比較 ，其中，在各個自舉樹中都有出現(xiàn)或大量出現(xiàn)的那些部分將具有較高的置信度。 產(chǎn)生相同分組的自舉樹的數(shù)目常常標(biāo)注在系統(tǒng)發(fā)生樹相應(yīng)節(jié)點的旁邊， 表示樹中每個部分的相對置信度。盡管有些系統(tǒng)發(fā)生樹的構(gòu)造方法會使自舉過程非常耗時， 但自舉法已經(jīng)成為系統(tǒng)發(fā)生分析中很受歡迎的算法。33DNA條形碼的篩選標(biāo)準(zhǔn)：1序列變異水平適宜，可以將不同物種彼此區(qū)分開來，同時種內(nèi)變異較小2變異區(qū)域兩端的序列高度保守，可以設(shè)計在眾多物種中物種中穩(wěn)定擴增的通用引物3擴增序列盡量短，最好一個反應(yīng)可以完成測序4使用的DNA條形碼在分類學(xué)應(yīng)用中應(yīng)具有普遍意義5具有可行的生物學(xué)分析方法。6DNA條形碼之間應(yīng)具有互補性且不相關(guān)聯(lián)，將準(zhǔn)確鑒定的可能性最大化。（事實上，完美的植物DNA條形碼并不存在）35進化樹：分支上的數(shù)字：表示這一分支的可靠程度，就是說越大，說明越靠譜，總之越大越好。一般就是幾十到100。長度就是進化距離，如果兩個序列/物種間的頭部幾乎在一個豎線上，就是同源性越高，如果很長，就說明很遠?？截悢?shù)：指某基因（可以是質(zhì)粒）在某一生物的基因組中的個數(shù)，單拷貝就是該基因在該生物基因組中只有一個，多則指有多個。36種內(nèi)距離與種間距離重疊的原因：DNA條形碼分析樣品數(shù)量足夠大時，種內(nèi)遺傳組成差異可能隨地理種群數(shù)量增加而顯著提高， 而種間遺傳差異則降低，種內(nèi)最大遺傳距離和種間最小遺傳距離可能重疊交叉37是否有其他方法？38能否代替?zhèn)鹘y(tǒng)分類學(xué)？有的學(xué)者認為傳統(tǒng)分類學(xué)在將來會被DNA條形碼取而代之，但多數(shù)學(xué)者認為DNA條形碼可彌補傳統(tǒng)分類學(xué)方法的不足，是對日漸萎縮的傳統(tǒng)形態(tài)分類學(xué)強有力的補充，還有的學(xué)者認為如此短的DNA片段不能提供物種水平的可靠信息，完全依靠DNA條形碼會導(dǎo)致鑒定錯誤。ITS得到廣泛應(yīng)用的原因：1rDNA是核基因組序列，受到細胞核保護機制的保護，進化過程相對穩(wěn)定，且同時具有多變區(qū)和保守區(qū)，可利用不同的區(qū)域特點進行獨立研究，研究方向廣泛.2ITS在rDNA中是高度重復(fù)的，千萬個拷貝以串聯(lián)重復(fù)方式出現(xiàn)在一個或多個染色體的基因位點上，且通過不等交換和基因轉(zhuǎn)換，使得重復(fù)單位間發(fā)生了位點內(nèi)或位點間的同步進化， 即不同的ITS拷貝間的序列趨于相近或完全一致。3ITS為非編碼區(qū)，承受的壓力較小，雖然長度比較保守，但是核苷酸序列變化大，可以提供詳盡的遺傳學(xué)信息。 4ITS序列還具有樣品用量少、精確鑒定等優(yōu)點。ITS與trnH-psbA的區(qū)別：黃芪及其同屬近緣種的DNA條形碼鑒定研究-表明兩條序列差異較大，ITS序列：黃苓與其同屬近緣種類間的遺傳距離0.06797-0.08880，而trnH-psbA為0.05061-0.05737.系統(tǒng)發(fā)育數(shù)不同。植物基因組因其結(jié)構(gòu)和功能上的差異，進化速率有所不同。核基因組（nDNA）進化最快，約為葉綠體基因組（cpDNA的2倍，線粒體基因組（mtDNA進化最慢，還不到葉綠體基因的1/3,而cpDNA勺進化速率遠低于nDNA限制了其在較低分類階元（如屬、亞屬）中的應(yīng)用。ITS序列分析通過比較DNA分子中4種堿基序列排列的變化，反映生物體在遺傳上的變異，從分子水平理清其遺傳背景，克服了傳統(tǒng)研究方法的弱點。DNA條形碼序列的鑒定效率評價：一般采取4種方法一BLAST搜索法（相似性搜索算法）首先需要通過實驗建立物種的序列數(shù)據(jù)庫，并確定一個閾值，將樣本的DNA序列與全體序列進行比對，如果可以在數(shù)據(jù)庫中搜索到僅包含query序列及同物種的序列，則認為該query序列可以準(zhǔn)確鑒定到種二序列之間遺傳距離的比較法通過比較樣本DNA序列與全體序列的K-2-P距離，確定種內(nèi)和種間變異的閾值，即 barcodinggap,進而評估其物種鑒定效果。常用柱形圖來呈現(xiàn)種內(nèi)及種間遺傳距離的分布頻度。對于缺失位點和變異位點的等價處理會造成一些數(shù)據(jù)誤差。三系統(tǒng)進化樹的建立建樹的目的是為了檢驗每個物種的單系性，即同一個物種的不同個體能否緊密聚集在一起，當(dāng)不同物種聚在一起時則認為該DNA條形碼不能夠正確鑒定物種四在篩選DNA條形碼的研究過程中，需要對各個片段的效果進行評估，因此需要不同片段在種內(nèi)和種間的變異進行比較45核苷酸序列:A-->adenosine M-->AC(amino)A-->adenosine M-->AC(amino)C-->cytidineS-->GC(strong)G-->guanineW-->AT(weak)T-->thymidineB-->GTCU-->uridineD-->GATR-->GA(purine)H-->ACTY-->TC(pyrimidine)V-->GCAK-->GT(keto)N-->AGCT(any)C-->cytidineS-->GC(strong)G-->guanineW-->AT(weak)T-->thymidineB-->GTCU-->uridineD-->GATR-->GA(purine)H-->ACTY-->TC(pyrimidine)V-->GCAK-->GT(keto)N-->AGCT(any)46遺傳多樣性的高低通常由遺傳距離的大小來反映，種內(nèi)個體間遺傳距離小