生物信息学软件技巧ppt课件

内容概要一.生物信息学的概念二.生物信息学软件的主要功能简介分析和处置实验数据和公共数据，加快研讨进度，缩短科研时间提示、指点、替代实验操作，利用对实验数据的分析所得的结论设计下一阶段的实验用计算机管理实验数据寻觅、预测新基因及预测其构造、功能蛋白高级构造预测生物学软件部分常见功能运用技巧PCR 引物设计DNA、蛋白质序列同源分析及进化树构建Contig Express-DNA 序列片断拼接DNA 模拟电泳重要生物数据库简介生物信息学效力一.生物信息学的概念生物信息学的概念：生物信息学的概念：生物信息学是一门新兴的交叉学科，它将数学和计算机知识运用于生物学，以获取、加工、存储、分类、检索与分析生物大分子的信息，从而了解这些信息的生物学意义。二.生物信息学软件的主要功能简介 分析和处置实验数据和公共数据，加快研讨进度，缩短科研时间 提示、指点、替代实验操作，利用对实验数据的分析所得的结论设计下一阶段的实验 实验数据的自动化管理 寻觅、预测新基因及其构造、功能 蛋白质高级构造及功能预测三维建模，目前研讨的焦点和难点功能功能1.分析和处置实验数据和公共数据，分析和处置实验数据和公共数据，加快研讨进度，缩短科研时间加快研讨进度，缩短科研时间 核酸：序列同源性比较，分子进化树构建，构造信息分析，包括基元Motif、酶切点、反复片断、碱基组成和分布、开放阅读框ORF，蛋白编码区CDS及外显子预测、RNA二级构造预测、DNA片段的拼接 蛋白：序列同源性比较，构造信息分析包括Motif，限制酶切点，内部反复序列的查找，氨基酸残基组成及其亲水性及疏水性分析，等电点及二级构造预测等等 本地序列与公共序列的联接，成果扩展网上数据库的运用成果扩展 labonweb IRACE 基因拉长功能 BLAST同源序列检索 ENTREZ SYSTEM 集成信息检索系统ENTREZ 集成检索表示图Vector NTI Suit 同源比较主窗口Vector NTI Suit 同源比较进化树Antheprot 5.0 Dot Plot 点阵图Peptool Lite-Dot Plot 点阵图DNASIS 2.5 蛋白二级构造预测DNASIS 2.5 RNA 二级构造预测DNASIS 2.5 tRNA 二级构造预测RNAStructure 3.5 RNA 二构造预测Omiga 2.0 ORF MapDnaStar 之 Protean 对氨基酸的亲疏水性分析：helical wheel 图功能功能2.提示、指点、替代实验操作，利用对实提示、指点、替代实验操作，利用对实验数据的分析所得的结论设计下一阶段的实验验数据的分析所得的结论设计下一阶段的实验 用软件设计PCR引物，测序引物或杂交探针，设计克隆战略，构建载体，做模拟电泳实验，即模拟核酸内切酶或内肽酶对相应的底物分子切割后的电泳行为。蛋白跨膜区域分析，信号肽潜在断裂点预测。Vector NTI Suit 5.5 模拟电泳Gene Construction Kit 2.0 模拟电泳Winplas 2.6 质粒构建OLIGO 5.0 PCR 引物设计Atheprot 5.0 预测蛋白跨膜区域Antheprot 5.0 预测信号肽断裂点功能功能3.用计算机管理实验室数据及文献资料用计算机管理实验室数据及文献资料 实验室结果的储存，管理和申报任务 从网络数据库获得的序列文件由ENTREZ集成检索系统所得的数据文件可以进入EndNote 或者Reference Manager 储存管理或资料文献的管理 软件:EndNote，Reference Manager Reference Manager 9 界面功能功能4.用计算机预测新基因及其构造和功能用计算机预测新基因及其构造和功能 对CDSCoding Sequence蛋白编码区的预测准确率已到达90%以上 对整个基因构造的预测存在一定难度PWM位置权重矩阵算法由物化原理技术开发，偏重于找基因表达系统和核酸相互作用的位点。给信号序列各个位置每种能够出现的核苷酸分配一个分数，将各位置分数相加后得出该序列作为潜在作用位点的分数。DNASIS 2.5 对蛋白编码区的预测A.Codon BiasDNASIS 2.5 对蛋白编码区的预测B.Rare CodonDNASIS 2.5 对蛋白编码区的预测C.ORF ListDNASTAR 之 GeneQuest 预测CDS功能5.蛋白高级构造预测 该项技术算法非常复杂，尚未成熟。PDB及MMDB数据库目前依然制止收录软件预测出来的蛋白高级构造模型。X射线晶体学技术和多维核磁共振技术是当前人们认识蛋白高级构造的主要手段，但两种技术都有缺乏之处。前者要求必需得到高规范的蛋白晶体，后者对分子量大于3万的大蛋白不能测定。因此实际模拟和构造预测显得非常重要。序列与构造关系的根源在于“蛋白质折叠的问题，这是近期研讨关注的焦点。同源预测一级构造决议高级构造构造与构造相对比DALI算法当前最先进的构造预测方法：构造类识别fold recognition 先建立一个的构造类数据库fold library，将待测序列“穿过该数据库构成的座标，并根据事先确定的物理限制，逐个位置挪动threading，sequence-structure alignment，并用一个函数sequence-structure fitness alignment 判别序列与构造类的符合程度，找出未知序列在目的构造上的能量最优和构象最稳定的比对位置。对计算机要求很高。Cn3D 2.5 显示 1EQF A链三维构造RasMol 2.7 显示1EQF A链三维构造PDB与MMDB构造图比较三.生物学软件部分常见功能运用技巧PCR 引物设计引物设计的原那么引物设计的原那么 首先引物要跟模板严密结合，其次引物与引物之间不能有稳定的二聚体或发夹构造存在，最后引物不能在别的非目的位点引起高效DNA聚合反响即错配。围绕这几条根本原那么，设计引物需求思索诸多要素，如引物长度primer length，产物长度product length，序列Tm值 melting temperature，G值internal stability，引物二聚体及发夹构造duplex formation and hairpin，错误引发位点false priming site，引物及产物GC含量composition，有时还要对引物进展修饰，如添加限制酶切点，引进突变等。引物设计要点 普通引物的长度为16-23bp，常用的长度为18-21bp，过长或过短都不适宜。引物3端的碱基普通不用A，由于A在错误引发位点的引发效率相对比较高，而其它三种碱基的错误引发效率相对小一些。引物的GC含量普通为45-55%，过高或过低都不利于引发反响。上下游引物的GC含量不能相差太大。引物所对应模板序列的Tm值最好在72左右，当然由于模板序列本身的组成决议其Tm值能够偏低或偏高，可根据详细情况灵敏运用。G值反映了引物与模板结合的强弱程度，也是一个重要的引物评价目的，普通情况下，在Oligo 5.0软件的G值窗口中，引物的G值最好呈正弦曲线外形，即5端和中间部分G值较高，而3端G值相对较低，且不要超越9G值为负值，这里取绝对值，如此那么有利于正确引发反响而可防止错误引发。分析其原理，引物与模板应具有较高的结合能量，这样有利于引物与模板序列的整合，因此5端与中间段的G值应较高，而3端G值影响DNA聚合酶对模板DNA的解链，过高那么不利于这一步骤。能够的错误引发位点决议于引物序列组成与模板序列组成的类似性，类似性高那么错误引发率高，错误引发的引发率普通不要高过100，最好没有错误引发位点，如此可以保证不出非目的产物的假带。引物二聚体及发夹构造的能量普通不要超越4.5，否那么容易产生引物二聚体带而且会降低引物浓度从而导致PCR正常反响不能进展。对引物的修饰普通是添加酶切位点，应参考载体的限制酶识别序列确定，经常对上下游引物修饰的序列选用不同限制酶的识别序列，以有利于以后的任务。关于引物的自动搜索和评价分析 引荐运用自动搜索软件：Primer Premier 5.0 引荐运用引物评价软件：Oligo 5/6DNA、蛋白质序列同源分析及进化树构建类似性与同源性 类似性是指一种很直接的数量关系，比如部分一样或类似的百分比或其它一些适宜的度量。可进展本身部分比较。如 Dot Plot 点阵序列比较 同源性指从一些数据中推断出的两个基因或蛋白质序列具而共同祖先的结论，属于质的判别。如 Alignment 同源性分析引荐软件 类似性分析 Peptool Lite 同源性分析 Vector NTI Suit 6-AlignXContig Express-DNA 序列片断拼接引荐软件 DNA序列片断拼接 Vector NTI Suit 6-ContigExpress ProjectDNA 模拟电泳一点领会 DNA模拟电泳具有一定实验预示功能，模拟电泳不能作为实验结果或根据重要生物数据库简介三大数据库 NCBI 美国 ncbi.nlm.nih.gov DDBJ 日本 ddbj.nig.ac.jp EBI 欧洲 ebi.ac.uk/index.html其他重要数据库 酵母基因组数据库SGD 酵母蛋白质数据库YPD 拟南芥数据库AtDB 医学数据库OMIM 线虫数据库ACEDB四.生物信息学效力效力内容 PCR引物、测序引物及杂交探针的设计及评价 DNA，蛋白质序列同源分析及进化树构建 生物大分子二级构造模拟显示及根本序列分析有关蛋白质亲疏水性，等电点，抗原性，跨膜蛋白，信号肽等分析以及Dot Plot效力质粒载体构建及克隆战略小型数据库建立及协助实验室进展数据管理维护 医学相关的图像、病例统计、分析及小型数据库建立网上数据库运用辅助：包括序列拉长扩展实验成果，Blastn/Blastp，NCBI Entrez查询多维查询，新序列、SNIP等申报蛋白质三维构造初步预测此为生物信息学目前研发的焦点，正在探求中，结果能够不非常准确或者不能出结果