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1、多序列比對與Clustal的使用，以及各類常見的序列分析工具介紹中山大學生科院2004年10月內容提要第一部分：多序列比對意義、方法、算法Clustal的使用1.Clustalx2.Clustalw第二部分：常見的序列分析軟件分類簡介第一部分： 多序列比對及Clustal的使用序列相似性比較和序列同源性分析序列相似性比較：就是將待研究序列與DNA或蛋白質序列庫進行比較，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。完成這一工作只需要使用兩兩序列比較算法。常用的程序包有BLAST、FA
2、STA等；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，以確定該序列與其它序列間的同源性大小。這是理論分析方法中最關鍵的一步。完成這一工作必須使用多序列比較算法。常用的程序包有CLUSTAL等；多序列比對的意義用于描述一組序列之間的相似性關系，以便了解一個基因家族的基本特征，尋找motif，保守區(qū)域等。用于描述一個同源基因之間的親緣關系的遠近，應用到分子進化分析中。其他應用，如構建profile，打分矩陣等。同源性分析中常常要通過多序列比對來找出序列之間的相
3、互關系，和blast的局部匹配搜索不同，多序列比對大多都是采用全局比對的算法。這樣對于采用計算機程序的自動多序列比對是一個非常復雜且耗時的過程，特別是序列數目多，且序列長的情況下。多序列比對的方法多序列比對的方法基本上多序列比對可以分為1.手工比對（輔助編輯軟件如bioedit，seaview，Genedoc等）通過輔助軟件的不同顏色顯示不同殘基，靠分析者的觀察來改變比對的狀態(tài)。2.計算機程序自動比對通過特定的算法（如同步法，漸進法等），由計算機程序自動搜索最佳的多序列比對狀態(tài)。自動多序列比對的算法1.
4、同步法將序列兩兩比對時的二維動態(tài)規(guī)劃矩陣擴展到三維矩陣。即用矩陣的維數來反映比對的序列數目。這種方法的計算量很大，對于計算機系統(tǒng)的資源要求比較高，一般只有在進行少數的較短的序列的比對的時候才會用到這個方法。自動多序列比對的算法2.步進法最常見的就是clustal所采用的方法。其基本思想就是基于相似序列通常具有進化相關性的這一假設。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它們相似性分值，然后根據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。根據相似性分
5、值繼續(xù)分組比對，直到得到最終比對結果。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。多序列比對工具 －clustalClustal是一個單機版的基于漸進比對的多序列比對工具，由HigginsD.G.等開發(fā)。有應用于多種操作系統(tǒng)平臺的版本，包括linux版，DOS版的clustlw，clustalx等。Clustal簡介CLUSTAL是一種漸進的比對方法，先將多個序列兩兩比對構建距離矩陣，反應序列之間兩兩關系；然后根據距離矩陣計算產生系統(tǒng)進化指導樹，對關系密切的序列進行加權；然后
6、從最緊密的兩條序列開始，逐步引入臨近的序列并不斷重新構建比對，直到所有序列都被加入為止。Clustalx的工作界面 （多序列比對模式）Clustalx的工作界面 （剖面(profile)比對模式）Clustal的工作原理Clustal輸入多個序列快速的序列兩兩比對，計算序列間的距離，獲得一個距離矩陣。鄰接法(NJ)構建一個樹（引導樹）根據引導樹，漸進比對多個序列。Clustal的應用1.輸入輸出格式。輸入序列的格式比較靈活，可以是前面介紹過的FASTA格式，還可以是PIR、SWISS-PROT、GDE、
7、Clustal、GCG/MSF、RSF等格式。輸出格式也可以選擇，有ALN、GCG、PHYLIP和NEXUS等，用戶可以根據自己的需要選擇合適的輸出格式。2.兩種工作模式。a.多序列比對模式。b.剖面(profile)比對模式。3.一個實際的例子。Clustal的應用多序列比對實例輸入文件的格式(fasta)：>KCC2_YEASTNYIFGRTLGAGSFGVVRQARKLSTN……>DMK_HUMANDFEILKVIGRGAFSEVAVVKMKQTGQVYAMKIMNK…….>KPRO_MAIZET
8、RKFKVELGRGESGTVYKGVLEDDRHVAVKKLEN……>DAF1_CAEELQIRLTGRVGSGRFGNVSRGDYRGEAVAVKVFNALD……>1CSNHYKVGRRIGEGSFGVIFEGTNLLNN……第一步：輸入序列文件。第二步：設定比對的一些參數。參數設定窗口。第三步：開始序列比對。第四步：比對完成，選擇保存結果文件的格式Clustalw的使用(一)Clustalw還提供了命令調用形式的使用方式，方便于批處理
