1、目 录目 录 第二十五章第二十五章 基因结构分析的基本 策略 Basic strategy for analyzing gene structure 目 录目 录 主要内容： 第一节 基因序列结构的生物信息学检索和比对 分析 第二节 基因转录起始点的鉴定 第三节 启动子的结构及功能分析 第四节 编码序列结构分析 目 录目 录 第一节 基因序列结构的生物信息学 检索和比对分析 目 录目 录 就是在数据库中对基因序列或 DNA 序列进行 比对分析，以其能够推测出其结构、功能及在 进化上的联系 . 比对方法： 1. 双重比对 2. 多序列比对 序列比对目的： 判断两个或多个序列间是 否具有足够的相似
2、性 从而判断二者之间是否具 有同源性 直接的数量关系 进化上曾具有共同祖先进化上曾具有共同祖先 基因或 DNA 序列比对 目 录目 录 序列比对的结果： 取代 插入 缺失 Mouse: GGKDSCQGDSGGPVVCNG-QLQGVVSWGDGCAQKNKPGVYTKVYNYVKWIKNTIAAN Crayfish: GGKDSCQGDSGGPLAASDTGSTYLAGIVSWGYGCARPGYPGVYTEVSYHVDWIKANAV- 缺失？缺失？ 保守序列保守序列 保守序列： 可能是共同进化的标志 可能并不代表功能的重要性 插入？插入？当两个序列非常相似时，是否一定 说明它们具有相似的功能
3、？ 目 录目 录 NCBI 数据库 NCBI 首先创建 GenBank 数据库 于 1991 年开发了 Entrez 数据库检索系统，该系统整合了 GenBank 、 EMBL 、 PIR 和 SWISS-PROT 等数据库的序列 信息以及 MEDLINE 有关序列的文献信息，并通过相关链接， 将他们有机地结合在一起 NCBI 还提供了其他数据库，包括在线人类孟德尔遗传 (OMIM ）、三维蛋白结构的分子模型数据库（ MMDB ）、 人类基因序列集成（ UniGene ）、人类基因组基因图谱 （ GMHG ）、生物门类（ Toxonomy ） 等数据库 目 录目 录 目 录目 录 1. 1.
4、各种数据库的介绍各种数据库的介绍 (1) Nucleotide 该数据库由国际核苷酸序列数据库成员美国 国立卫生研究院 GenBank 、日本 DNA 数据 库 (DDBJ) 和英国 Hinxton Hall 的欧洲分子生 物学实验室数据库 (EMBL ）三部分数据组成 三个组织每天交换各自数据库中的新增序列 实现数据共享 目 录目 录 (2) Genome 即基因组数据库，提供了多种基因组、完全染 色体、重叠序列图谱以及一体化基因物理图谱 (3) Structures 即结构数据库或称分子模型数据库 (MMDB) ， 包含来自 X 线晶体学和三维结构的实验数据 NCBI 已经将结构数据交叉链
5、接到书目信息、序列数据库和已经将结构数据交叉链接到书目信息、序列数据库和 NCBI 的的 Taxonomy 中运用中运用 NCBI 的的 3D 结构浏览器和结构浏览器和 Cn3D ，可以很容易地从，可以很容易地从 Entrez 获得分子的分子结构间相互作用的图获得分子的分子结构间相互作用的图 像像 目 录目 录 (4) Taxonomy 即生物学门类数据库，可以按生物学门类进行检 索或浏览其核苷酸序列、蛋白质序列、结构等 (5) PopSet 包含研究一个人群、一个种系发生或描述人群 变化的一组组联合序列 PopSet 既包含了核酸序列数据又包含了蛋白质 序列数据 目 录目 录 (7) (7)
6、 文献数据库文献数据库 PubMed ：生物医药科学的检索系统 OMIM ：孟德尔遗传学数据库是人类基因和基 因疾病的目录数据库 其他：书目，杂志，文章引用匹配等 该数据库包括原文信息、图片和参考信息， 同时还可以链接到 Entrez 系统 MEDLINE 数 据库中相关文献和序列信息 目 录目 录 2. NCBI 数据库检索数据库检索 在检索框中输入检索词，检索词间默认逻辑关 系为 AND ，检索规则基本同 PubMed 可以通过下拉菜单选择记录的显示格式，通常选择 GenBank Report 格式或 FASTA Report 格式。 当选择 GenBank Report 格式后，屏幕显示
7、较完整的基因记录， 包括：基因位点 (Locus ）、基因定义 (Definition ）、基因存取号 (Accession ）、 核酸编号 (NID ）、关键词 (Keywords ）、 来源 (Source ）、组织分类 (Organism) 、参考文献 (Reference) 、 著者 (Author ）、题目 (Title ）、期刊 (Journal ）、 Medline 存取号 (Medline ）、序列特征 (Features ）、基因 (Gene ）、 CDS （ cDNA ）、等位基因 (Allele ） 对等的肽 (Mat- Peptide ）、计算碱基数 (Base Cou
8、nt ）、原序列 (Origin ）。 而 FASTA Report 格式仅包括检出序列的简要特征描述。 目 录目 录 例如：人 EPO 基因序列检索 输入关键词，选择合适的程序 目 录目 录 向下拉寻找符合目标的条目 目 录目 录 点击此条打开连接 目 录目 录 向下拉寻找关注的内容 目 录目 录 凡是连接的地方都可以点击查看凡是连接的地方都可以点击查看 可以直接拷贝保存相关内容 目 录目 录 Entrez ： 是一个用以整合 NCBI 数据库中信息 的搜寻和检索工具 3. 3. NCBI 数据库搜索工具数据库搜索工具 BLAST ： 是一个 NCBI 开发的序列相似搜索程序，还可作 为鉴别
9、基因和遗传特点的手段 NCBI 提供的附加软件工具有：开放阅读框寻觅器 （ ORF Finder ），），电子 PCR ，和序列提交工 具， Sequin 和和 BankIt Entrez 的一个强大和独特的特点 是检索相关的序列，结构，和参考 文献的能力 目 录目 录 Entrez: 目 录目 录 BLAST: 目 录目 录 BLAST 程序 程序 数据库 查询 内程序 数据库 查询 内 容容 Blastp 蛋白质 蛋白质 使用取代矩阵寻找较远的蛋白质 蛋白质 使用取代矩阵寻找较远的 关系： 关系： 可可 以进行以进行 SEG 过滤过滤 Blastn 核苷酸 核苷酸 寻找较高分值的匹配，对核
10、苷酸 核苷酸 寻找较高分值的匹配，对 较远关系较远关系 不太不太 适用适用 Blastx 核苷酸 蛋白质 对于新的核苷酸 蛋白质 对于新的 DNA 序列和序列和 ESTs 的分析极的分析极 （翻译） 为有用（翻译） 为有用 Tblastn 蛋白质 核苷酸 对于寻找数据库中没有标蛋白质 核苷酸 对于寻找数据库中没有标 注的编码注的编码 （翻译） 区极为有用（翻译） 区极为有用 Tblastx 核苷酸 核苷酸 对于分析核苷酸 核苷酸 对于分析 EST 极为有用极为有用 （翻译） （翻译） （翻译） （翻译） 目 录目 录 点击核酸序列 blast ，在框内输入序列： 目 录目 录 选择搜索条件：
11、目 录目 录 选择特殊程序： 目 录目 录 比较两个序列之间的相似性： 目 录目 录 以上仅简介了 NCBI 相关数据库及工具 软件关于其他数据库及软件工具等信息见书 中第二十五章表 1-5 。 目 录目 录 第二节 基因转录起始点的鉴定 目 录目 录 主要内容：主要内容： 一、基因转录起始点的序列特征一、基因转录起始点的序列特征 二、基因转录起始点的序列分析二、基因转录起始点的序列分析 目 录目 录 一、基因转录起始点的序列特征一、基因转录起始点的序列特征 TATA box CAAT box GC box 增强子 顺式作用元件 结构基因 -GCGC-CAAT-TATA 转录起始点 1. 1.
12、 真核基因及其调控元件真核基因及其调控元件 目 录目 录 II 型启动子的 TSS ： 没有明确的保守序列 有一种趋势，即 mRNA 的第一个碱基是 A ，其侧翼碱基倾向于是嘧啶 与 mRNA 第一个碱基对应的位置标记为 -1 区 -3 +5 区域被称作起始子 (initiator) 2. 2. 转录起始点（转录起始点（ TSS ） +10 +20 Start site -10-20-30-40 +1 ATG -3+5 Initiator Py2CAPy5 目 录目 录 二、基因转录起始点的序列分析二、基因转录起始点的序列分析 思考： 转录起始点 (TSS) 位于基因编码序列的 5 端 基因编
13、码区是指能体现在多肽链中的核苷酸 序列 多肽链是以 mRNA 为模板经翻译合成的 因此， 分析鉴定 TSS 的方法都是以 cDNA 为切入点 目 录目 录 1. 1. cDNA 克隆测序克隆测序 AAAAAn AAAAAn AAAAAn mRNA 反转录酶 AAAAAnP翺最搀栀琀洀氀萁柃傦怀欰/Mk前台访问/p-1007866.html111.225.148.2250驧P翺椀瀀栀琀洀氀傦5Sqwap前台访问/p-1007866.html111.225.148.2180勈P最蔀眀愀瀀漀漀欀刀攀愀搀愀猀瀀砀椀搀瀀储頀咰5Oiwap前台访问/p-12484.html203.208.60.940驧P
14、翺最瀀栀琀洀氀傪5ewap前台访问/BookRead.aspx?id=177298203.208.60.320驧P翺最瀀栀琀洀氀傫頀咰5Sowap前台访问/p-1052175.html203.208.60.1100P翺紬伀欀眀愀瀀搀栀琀洀氀萁柃傭怀欰/Mi前台访问/p-1007720.html111.225.148.290勈P匀漀眀愀瀀瀀栀琀洀氀傮5gwap前台访问/BookRead.aspx?id=1007720111.225.148.350P最脀眀愀瀀漀漀欀刀攀愀搀愀猀瀀砀椀搀萁柃傲怀欰/Mk前台访问/p-1007815.html111.225.149.2400P匀焀眀愀瀀瀀栀琀洀氀傴5gwap前台访问/BookRead.aspx?id=1007815111.225.149.2390驧P翺最瀀栀琀洀氀萁柃肚傶怀欰/Mg前台访问/p-1222889.html123.125.71.140uP愀紀漀漀欀刀攀愀搀愀猀瀀砀椀搀一峡傼怀欰/Mi前台访问/p-1007739.html110.249.202.530P匀漀眀愀瀀瀀栀琀洀氀倀蠪傽5gwap前台访问/BookRead.aspx?id=1007739110.249.202.540P翺椀瀀栀琀洀氀刀摪僃怀欰/Mk前台访问/p-1004020.html111.225.149.1760P匀焀眀愀瀀瀀栀琀洀氀吀
