《序列比對(duì)》PPT課件

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1、第五章序列比對(duì)2021/9/2BIOINFORMATICS1本章提要：介紹了序列相似性的概念，列舉了描述DNA和蛋白質(zhì)序列相似性的計(jì)分矩陣。介紹了序列比較的基本操作—“比對(duì)”的概念，以雙序列比對(duì)為例詳細(xì)學(xué)習(xí)了序列整體比對(duì)的Needleman-Wunsch算法，序列局部比對(duì)的Smith-Waterman算法。介紹了多序列比對(duì)的概念，簡要介紹了幾種多序列比對(duì)的算法，學(xué)習(xí)了一個(gè)常用的多序列比對(duì)軟件—ClustalW的使用和用途。2021/9/2BIOINFORMATICS數(shù)理與生物工程學(xué)院2序列比較是生物信息學(xué)中最基本、最重要的操作，通過序列比較可以發(fā)現(xiàn)生物序列中的功能、結(jié)構(gòu)和進(jìn)化的

2、信息。序列比較的根本任務(wù)是：通過比較生物分子序列，發(fā)現(xiàn)它們的相似性，找出序列之間共同的區(qū)域，同時(shí)辨別序列之間的差異。2021/9/2BIOINFORMATICS數(shù)理與生物工程學(xué)院3在分子生物學(xué)中，DNA或蛋白質(zhì)的相似性是多方面的，可能是核酸或氨基酸序列的相似，可能是結(jié)構(gòu)的相似，也可能是功能的相似。研究序列相似性的目的之一是，通過相似的序列得到相似的結(jié)構(gòu)或相似的功能。通過比較未知序列與已知序列（尤其是功能和結(jié)構(gòu)已知的序列）之間的相似性，可以很容易地預(yù)測(cè)未知序列的功能。2021/9/2BIOINFORMATICS數(shù)理與生物工程學(xué)院4這種方法在大多數(shù)情況下是成功的，當(dāng)然，也存在著這樣

3、的情況，即兩條序列幾乎沒有相似之處，但分子卻折疊成相同的空間形狀，并具有相同的功能。這里先不考慮空間結(jié)構(gòu)或功能的相似性，僅研究序列的相似性。研究序列相似性的另一個(gè)目的是通過序列的相似性，判別序列之間的同源性，推測(cè)序列之間的進(jìn)化關(guān)系。2021/9/2BIOINFORMATICS數(shù)理與生物工程學(xué)院5序列比較可以分為4種情況：(1)、假設(shè)有兩條長度相近的、來自同一個(gè)字母表的序列，它們之間非常相似，僅僅有一些細(xì)微的差別，例如字符的插入、字符的刪除和字符替換，要求找出這兩條序列的差別。這種操作實(shí)際應(yīng)用比較多，例如，有兩個(gè)實(shí)驗(yàn)室同時(shí)測(cè)定某個(gè)基因的DNA序列，其結(jié)果可能不一樣，需要通過序列比

4、較來比較實(shí)驗(yàn)結(jié)果。2021/9/2BIOINFORMATICS數(shù)理與生物工程學(xué)院6(2)、假設(shè)有兩條序列，要求判斷是否有一條序列的前綴與另一條序列的后綴相似，如果是，則分別取出前綴和后綴。該操作常用于大規(guī)模DNA測(cè)序中序列片段的組裝。(3)、假設(shè)有兩條序列，要求判斷其中的一條序列是否是另一條序列的子序列。這種操作常用于搜索特定的序列模式。(4)、假設(shè)有兩條序列，要求判斷這兩條序列中是否有非常相似的子序列。這種操作可用于分析保守序列。2021/9/2BIOINFORMATICS數(shù)理與生物工程學(xué)院7當(dāng)然，進(jìn)行序列比較時(shí)，往往還需要說明是采取全局比較，還是采取局部比較。全局比較是比較

5、兩條完整的序列，而局部比較是找出最大相似的子序列。本章著重介紹通用的序列比較方法。了解序列比較的原理對(duì)于正確、合理、靈活地使用相關(guān)生物信息學(xué)資源和軟件有重要的指導(dǎo)意義。2021/9/2BIOINFORMATICS數(shù)理與生物工程學(xué)院8§5.1序列的相似性5.1.1幾個(gè)基本概念序列的相似性可以是定量的數(shù)值，也可以是定性的描述。相似度是一個(gè)數(shù)值，反映兩條序列的相似程度。關(guān)于兩條序列之間的關(guān)系，有許多名詞，如相同、相似、同源、同功、直系同源、并系同源等。2021/9/2BIOINFORMATICS數(shù)理與生物工程學(xué)院9在很多時(shí)候，往往通過一個(gè)簡單序列相似性的比較就可以對(duì)未知序列進(jìn)行初步的

6、功能預(yù)測(cè)，為后續(xù)實(shí)驗(yàn)確定初步的研究方向。本節(jié)將主要講述如何采用生物信息學(xué)技術(shù)對(duì)核酸序列進(jìn)行較為全面的分析。2021/9/2BIOINFORMATICS數(shù)理與生物工程學(xué)院10在進(jìn)行序列比較時(shí)經(jīng)常使用“同源”(homology)和“相似”(similarity)這兩個(gè)概念，這是兩個(gè)經(jīng)常容易被混淆的不同概念。兩條序列同源是指它們具有共同的祖先。在這個(gè)意義上，無所謂同源的程度，兩條序列要么同源，要么不同源。而相似則是有程度的差別，如兩條序列的相似程度達(dá)到30％或60％。2021/9/2BIOINFORMATICS數(shù)理與生物工程學(xué)院11一般來說，相似性很高的兩條序列往往具有同源關(guān)系；但也

7、有例外，即兩條序列的相似性很高，但它們可能并不是同源序列，這兩條序列的相似性可能是由隨機(jī)因素所產(chǎn)生的，這在進(jìn)化上稱為“趨同”（convergence)，這樣一對(duì)序列可稱為同功序列。直系同源(orthologous)序列是來自于不同種屬的同源序列，而并系同源(paralogous)序列則是來自于同一種屬的序列，它是由進(jìn)化過程中的序列復(fù)制而產(chǎn)生的。2021/9/2BIOINFORMATICS數(shù)理與生物工程學(xué)院125.1.2點(diǎn)標(biāo)方法分析兩序列間的相似性點(diǎn)標(biāo)（dotplot）是兩序列對(duì)位排列中最基本