第一章：生物信息學(xué)的概念 及其發(fā)展歷史 - BIS

1、第三章：序列比對(duì)原理普通高等教育“十二五”規(guī)劃教材生物信息學(xué)生物信息學(xué)bioinformatics第一節(jié) 序列比對(duì)相關(guān)概念一、序列比對(duì)目的及定義（一）序列比對(duì)目的通過(guò)比較兩條或多條序列之間是否具有足夠的相似性，從而判定它們之間是否具有同源性。（二）序列比對(duì)定義序列比對(duì)（sequence alignment）是運(yùn)用某種特定的數(shù)學(xué)模型或算法,找出兩個(gè)或多個(gè)序列之間的最大匹配堿基或殘基數(shù),比對(duì)的結(jié)果反映了算法在多大程度上提供序列之間的相似性關(guān)系及它們的生物學(xué)特征。二、序列比對(duì)類型（一）序列比對(duì)分類雙序列比對(duì)多序列比對(duì)global alignmentlocal alignment(二)編輯距離通過(guò)編輯

2、操作計(jì)算的兩條序列的距離稱為編輯距離。編輯距離。（三）雙序列比對(duì)（四）全局序列比對(duì)（五）局部序列比對(duì)三、序列比對(duì)的相關(guān)概念（一）同源性、同一性、相似性相似性（similarity）是指兩序列間直接的數(shù)量關(guān)系，如部分相同、相似的百分比或其他一些合適的度量。同一性（identity）是指兩序列在同一位點(diǎn)核苷酸或氨基酸殘基完全相同的序列比例。同源性（homology）是指從某個(gè)共同祖先經(jīng)趨異進(jìn)化而形成的不同序列。（二）直系同源、旁系同源直系同源基因（orthologous gene）是指在不同物種中有相同功能的同源基因，它是在物種形成過(guò)程中形成的。旁系同源基因（paralogous gene）是指一

3、個(gè)物種內(nèi)的同源基因。直系同源基因和旁系同源基因統(tǒng)稱為同源基因（homolog）。第二節(jié) 序列比對(duì)打分方法一、序列比對(duì)打分序列分析的目的是揭示核苷酸或氨基酸序列編碼的高級(jí)結(jié)構(gòu)或功能信息目的。二、打分矩陣稀疏矩陣、相似性打分矩陣（一）dna打分矩陣即兩個(gè)序列中相應(yīng)的核苷酸相同，計(jì)即兩個(gè)序列中相應(yīng)的核苷酸相同，計(jì)1分；否則計(jì)分；否則計(jì)0分。分。如果考慮顛換和置換，可采用以下打分矩陣如果考慮顛換和置換，可采用以下打分矩陣（二） 氨基酸序列打分矩陣1.pam矩陣（dayhoff突變數(shù)據(jù)矩陣）pam250矩陣2.blosum矩陣blosum62矩陣第三節(jié) 序列比對(duì)算法一、dotplot算法1.構(gòu)建點(diǎn)陣矩陣

4、2.獲得相似性片段二、dynamic programming algorithm1、計(jì)算得分矩陣2、尋找最優(yōu)的比對(duì)序列例 s=acgctq t=catgt算法特點(diǎn)：三、blast算法1、編譯一個(gè)由查詢序列生成的長(zhǎng)度固定的字段編譯列表；2、在數(shù)據(jù)庫(kù)中掃描獲得與編譯列表中的字段匹配的序列記錄；3、以編譯列表中的字段對(duì)為中心向兩端延伸以尋找超過(guò)閾值分?jǐn)?shù)s的高分值片段對(duì)hsp。e值計(jì)算公式：算法特點(diǎn)：第四節(jié) 序列比對(duì)工具一、fasta工具二、blast工具（一）基本blast工具nucleotide nucleotide blastblastsearch a nucleotidenucleotide

5、database using a nucleotidenucleotide queryalgorithms: blastn, megablast, discontiguous megablastprotein blastprotein blastsearch proteinprotein database using a proteinprotein queryalgorithms: blastp, psi-blast, phi-blast, delta-blastblastxblastxsearch proteinprotein database using a translated tra

6、nslated nucleotidenucleotide querytblastntblastnsearch translated nucleotidetranslated nucleotide database using a proteinprotein querytblastxtblastxsearch translated nucleotidetranslated nucleotide database using a translated translated nucleotidenucleotide query比對(duì)結(jié)果比對(duì)結(jié)果（二）高級(jí)blast工具1、psi-blast（posi

7、tion specific interated blast）2、phi-blast（pattern hit initiated blast）3、megablast第五節(jié) 多序列比對(duì)一、多序列比對(duì)概述（一）多序列比對(duì)目的 為了發(fā)現(xiàn)構(gòu)成同一基因家族的成組序列之間的共性，發(fā)現(xiàn)這些共性對(duì)于研究分子結(jié)構(gòu)、功能及進(jìn)化關(guān)系都有著非常重要的作用，在闡明一組相關(guān)序列的重要生物學(xué)模式方面也起著重要的作用。（二）多序列比對(duì)定義 多序列比對(duì)就是對(duì)多條序列插入空位，使得插入空位后的全局比對(duì)結(jié)果具有相同的長(zhǎng)度，并且比對(duì)結(jié)果中不能出現(xiàn)一列全為空位。（三）多序列比對(duì)應(yīng)用二、多序列比對(duì)算法（一）動(dòng)態(tài)規(guī)劃法（二）漸進(jìn)式算法（三）迭代算法（四）統(tǒng)計(jì)概率算法三、多序列比對(duì)工具（一）clustalx/wclustalx和clustalw是兩個(gè)使用最廣泛的多序列比對(duì)工具，均采用漸進(jìn)式多序列比對(duì)算。clustalx的比對(duì)步驟:1.加載要比對(duì)的