2022年电气工程学院生物医学工程生物信息学实验三、DNA和蛋白质的序列分析 .pdf

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1、生物信息学实验三、DNA 和蛋白质的序列分析名师资料总结-精品资料欢迎下载-名师精心整理-第 1 页，共 13 页 -一、实验目的：1、掌握序列分析的基本分析方法2、熟悉基于核酸序列比对分析的真核基因结构分析（内含子/外显子分析）3、了解基因的电子表达谱分析二、实验设备：PC机，Matlab 实验环境，Internet网络；BioEdit 和 DNAClub 软件三、实验步骤：1、核酸分析：（1）调 用Internet浏 览 器，并 在 其 地 址 栏 输 入Entrez网 址：http:/www.ncbi.nlm.nih.gov/gquery/gquery.fcgi；（2）在输入栏输入 ho

2、mo sapiens leptin;（3）点击 go 后显示搜索结果;（4）在搜索结果中选择nucleotide 前的数字，显示序列接受号及序列名称等；（5）查找人 leptin(obesity homolog,mouse)mRNA 序列（提示：NM_000230），点击序列接受号后显示序列详细信息；（6）将序列转为 FASTA 格式保存（7）根据从 NM_000230 了解的基因定位信息查找人瘦素的基因组DNA(Contig)的序列接受号及序列识别号，点击序列接受号显示序列详细信息；（8）在输入栏输入 homo sapiens leptin exon查找人瘦素外显子序列；（9）根据从 NM_

3、000230 了解的 HGNC:6553，进入 GENATLAS 查找人瘦素 5调控区序列（提示：从10 Kb 5 upstream gene genomic sequence study 查找）;（10）按上述步骤用 SRS信息查询系统检索人瘦素(leptin)的 mRNA、基因组 DNA、外显子和 5调控区(promoter)等核酸序列；（11）将上述核酸序列输入BioEdit 和 DNAClub 软件进行序列基本分析；（12）打开 BioEdit 软件，点击“help”栏，阅读“contents”；（13）将人瘦素(leptin)的 mRNA 序列输入 BioEdit 软件进行可读框架分

4、析：打开BioEdit 软件将人瘦素(leptin)mRNA 的 FASTA 格式序列输入分析框点击左侧序列说明框中的序列说明点击sequence 栏选择 nucleic acid点击 find next ORF查看起始密码位置和编码区范围（57557）；（14）人瘦素(leptin)mRNA 序列与其外显子或基因组序列的比对分析：调用 Internet浏览器并在其地址栏输入Blast2 网址(http:/www.ncbi.nlm.nih.gov/Entrezgorf/bl2/html)将人瘦素(leptin)mRNA 和外显子的FASTA 格式序列分别输入sequence2和sequence

5、1 分析框或将人瘦素(leptin)mRNA 和基因组序列的 GI 版本号输入 sequence2和 sequence1 的 GI 版本号框点击 Align 后显示两序列比对的详细信息查找mRNA序列上各外显子的位置。2、序列分析：（1）先打开网址http:/www.ncbi.nlm.nih.gov/（2）点击右边的 Blast 链接，打开 Blast 数据库，进入 Blast 界面（3）在 Basic Blast中选择 nucleotide blast（4）在对话框中输入核苷酸序列，在 choose search set 下的 Database选项中选 Others(nr etc.)名师资料

6、总结-精品资料欢迎下载-名师精心整理-第 2 页，共 13 页 -（5）把网页拉到最下方，点击Blast 按钮（6）在 Descriptions 栏下找到 Max ident 百分率最高的序列名称（7）再往下拉，找到Alignments 项下第一个序列，可以找到输入序列相关信息名师资料总结-精品资料欢迎下载-名师精心整理-第 3 页，共 13 页 -（8）点击 Accession，即能找到更多输入序列的相关信息。四、思考题 1、归纳对人瘦素(leptin)的核酸序列分析的结果，列出主要的分析结果。名师资料总结-精品资料欢迎下载-名师精心整理-第 4 页，共 13 页 -名师资料总结-精品资料欢

7、迎下载-名师精心整理-第 5 页，共 13 页 -名师资料总结-精品资料欢迎下载-名师精心整理-第 6 页，共 13 页 -名师资料总结-精品资料欢迎下载-名师精心整理-第 7 页，共 13 页 -名师资料总结-精品资料欢迎下载-名师精心整理-第 8 页，共 13 页 -名师资料总结-精品资料欢迎下载-名师精心整理-第 9 页，共 13 页 -名师资料总结-精品资料欢迎下载-名师精心整理-第 10 页，共 13 页 -ORIGIN 1 GTAGGAATCG CAGCGCCAGC GGTTGCAAGg taaggccccg gcgcgctcct tcctccttct 61 ctgctggtct

8、ttcttggcag gccacagggc cccacacaac tctggatccc ggggaaactg 121 agtcaggagg gatgcagggc ggatggctta gttctggact atgatagctt tgtaccgagt .10681 ctccttgcag tgtgtggttc cttctgtttt cagGCCCAAG AAGCCCATCC TGGGAAGGAA 10741 AATGCATTGG GGAACCCTGT GCGGATTCTT GTGGCTTTGG CCCTATCTTT TCTATGTCCA 10801 AGCTGTGCCC ATCCAAAAAG TC

9、CAAGATGA CACCAAAACC CTCATCAAGA CAATTGTCAC 10861 CAGGATCAAT GACATTTCAC ACACGgtaag gagagtatgc ggggacaaag tagaactgca 10921 gccagcccag cactggctcc tagtggcact ggacccagat agtccaagaa acatttattg .13021 aggcagccca gagaatgacc ctccatgccc acggggaagg cagagggctc tgagagcgat 13081 tcctcccaca tgctgagcac ttgttctccc tc

10、ttcctcct gcatagCAGT CAGTCTCCTC 13141 CAAACAGAAA GTCACCGGTT TGGACTTCAT TCCTGGGCTC CACCCCATCC TGACCTTATC 13201 CAAGATGGAC CAGACACTGG CAGTCTACCA ACAGATCCTC ACCAGTATGC CTTCCAGAAA 名师资料总结-精品资料欢迎下载-名师精心整理-第 11 页，共 13 页 -13261 CGTGATCCAA ATATCCAACG ACCTGGAGAA CCTCCGGGAT CTTCTTCACG TGCTGGCCTT 13321 CTCTAAGAG

11、C TGCCACTTGC CCTGGGCCAG TGGCCTGGAG ACCTTGGACA GCCTGGGGGG 13381 TGTCCTGGAA GCTTCAGGCT ACTCCACAGA GGTGGTGGCC CTGAGCAGGC TGCAGGGGTC 13441 TCTGCAGGAC ATGCTGTGGC AGCTGGACCT CAGCCCTGGG TGCTGAGGCC TTGAAGGTCA 13501 CTCTTCCTGC AAGGACTACG TTAAGGGAAG GAACTCTGGC TTCCAGGTAT CTCCAGGATT .16081 CACTAGATGG CGAGCATCC

12、T GGCCAACATG GTGAAACCCC GTCTCTACTA AAAACACAAA 16141 AGTTAGCTGA GCGTGGTGGC GGGCGCCTGT AGTCCCAGCC ACTCGGGAGG CTGAGACAGG 16201 AGAATCGCTT AAACCTGGGA GGCGGAGAGT ACAGTGAGCC AAGATCGCGC CACTGCACTC 16261 CGGCCTGATG ACAGAGCGAG ATTCCGTCTT AAAAAAAAAA AAAAAAAAGT TTGTTTTTAA 16321 AAAAATCTAA ATAAAATAAC TTTGCCCCCT

13、 GC 2、总结核酸序列分析的基本步骤，相互对比结果，指出应注意的事项。答：序列比对的数学模型大体可以分为两类，一类从全长序列出发，考虑序列的整体相似性，即整体比对；第二类考虑序列部分区域的相似性，即局部比对。局部相似性比对的生物学基础是蛋白质功能位点往往是由较短的序列片段组成的，这些部位的序列具有相当大的保守性，尽管在序列的其它部位可能有插入、删除或突变。此时，局部相似性比对往往比整体比对具有更高的灵敏度，其结果更具生物学意义。区分这两类相似性和这两种不同的比对方法，对于正确选择比对方法是十分重要的。应该指出，在实际应用中，用整体比对方法企图找出只有局部相似性的两个序列之间的关系，显然是徒劳

14、的；而用局部比对得到的结果也不能说明这两个序列的三维结构或折叠方式一定相同。BLAST和 FastA 等常用的数据库搜索程序均采用局部相似性比对的方法，具有较快的运行速度，而基于整体相似性比对的数据库搜索程序则需要超级计算机或专用计算机才能实现。3、如需初步分析一个基因片段是什么基因，编码什么产物以及是否已经被别人克隆，应该采用什么工具和数据库？（Blastn；Blastp；tblastn；tblastx；blastx；nr；EST；nr/nt）答：分析基因片段是什么基因采用Blastn 分析编码是什么产物使用blastx 分析该基因是否已被别人克隆使用tBLASTn 4、序列分析的方法有哪些

15、？（1）通 过NCBI 的Entrez系 统 进 行 检 索，检 索 时 在NCBI 首 页（http:/www.ncbi.nlm.nih.gov/）搜索项中选择“Nucleotide”，在输入框中输入检索的内容，检索的内容可以是序列号，也可以是关键词，输入后点“go”。（2DNAMAN、Genetool、DNAStar等进行。（3）限制型酶切分析是分子生物学实验中日常工作之一。限制酶数据库提供了较全面的限制酶相关信息。地址为：http:/ 12 页，共 13 页 -（4）许多数据库中收集了常用的测序载体序列，使用Blast程序对此类数据库进行相似性分析即可得知目的序列中是否含有载体序列。如果

16、是，在对测序数据进行进一步分析之前必须将载体序列去除。此过程虽然很简单，在核酸序列数据库中仍然有一些序列含有载体序列污染。NCBI的载体识别程序http:/www.ncbi.nlm.nih.gov/VecScreen/VecScreen.html EMBL 的载体识别程序http:/www.ebi.ac.uk/blastall/vectors.html 核酸序列综合分析的其他软件：BioEdit软件是一个性能优良的免费分子生物学应用软件，它的基本功能是提供蛋白质核酸序列的编辑排列处理和分析。EBI tools 欧洲生物信息学研究所（EBI）提供了许多生物信息学在线分析工具，包括如下几大类：相似

17、性和同源性分析：如BLAST和 FASTA 程序蛋白质功能分析：如InterProScan可查询蛋白质序列中的特殊模块序列分析：如 ClustalW 程序结构分析：如 MSDfold 和 DALI 可分析蛋白质的结构并与PDB数据库的信息进行比较其他商业软件：DNAStar、Omiga、Vector NTI Suite、（6）引物分析软件 Primer Premier、Oligo 6.57、Primer3 （7）基因定位软件Forward electronic PCR&Reverse electronic PCR 查找 DNA 序列的 STSs(sequence tagged sites，序列

18、标签位点）的在线工具软件。5、如何识别某一长序列中的CpG岛的位置？CpG岛：是一些富含GC 的小区域，大小范围为0.5 5kb，基因中平均每 100kb即可出现。因这些区域未发生甲基化，故富含CpG(60 70)，目前认为，基因表达与 CpG岛甲基化程度呈负相关。CpG岛经常在脊椎动物基因的5 区域发现，其中 80的人类基因的转录起始位点前存在CpG岛。因此相对于寻找结构复杂的转录起始位点和基因的 5端，CpG岛是发现基因的重要线索，特别是通过cDNA 法难以实现时更是如此。登录以下网址：http:/www.ebi.ac.uk/emboss/cpgpl名师资料总结-精品资料欢迎下载-名师精心整理-第 13 页，共 13 页 -