序列比对原理.pptx

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第三章序列比对共46页

第三章序列比对共46页

多序列的目的:用于比较基因组研究
1) 用于描述一组序列(基因家族)之间的 相似性关系, 以便了解一个基因家族的基本 特征,寻找motif,保守区域等。 2) 可构建HMM模型,搜索更多的同源序列, Pfam,prints,prosite,interPro等 3) 分析结构用于构建进化树
第二节 序列比对的基本概念
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(BLOck SUbstitution Matrix,BLOSUM)

第四章-序列比对与算法PPT课件

第四章-序列比对与算法PPT课件

x≥1 (Si-1,j-wx), max
公式一 的简化
y ≥ 1 (Si,j-1-wy) }
公式二
说明:Sij是序列a在位置i和序列b在位置j的分值, s(aibj)是位置i 和j上比对分 值,wx是在序列a 中长度为x的间隔罚分,wy是序列b中长度为y的间隔罚分
2021/6/4
31
动态规划算法实例
A -2 3 1 -1 -3 -5 -7 C -4 1 6 4 2 0 -2 T -6 -1 4 9 7 5 3 A -8 -3 2 7 8 6 4 G -10 -5 0 5 6 7 9
ACT T CG AC - T AG
回溯
ACT TCG
0 -2 -4 -6 -8 -10 -12
A -2 3 1 -1 -3 -5 -7 C -4 1 6 4 2 0 -2 T -6 -1 4 9 7 5 3 A -8 -3 2 7 8 6 4 G -10 -5 0 5 6 7 9
AT TGAG
TAT
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T A 19
A T A C T A C A A G A C A C G T A C C G
20G21/6C/4 G A
TGC
Match = 1 Mismatch = 0 Window size = 5 Stringency = 3
AT TGAG
TAT
CA
T A 20
A T A C T A C A A G A C A C G T A C C G
G
T
C
A
T
TACTGTTCAT
Sequence 1
TACTG-TCAT ||||| |||| TACTGTTCAT
点阵分析的应用
正向重复

3序列比对原理

3序列比对原理

100个残基发生一次替换的Dayhoff’s PAM-1矩阵
针对不同的进化距离采用PAM 矩阵
序列相似度 = 40% | 打分矩阵 = PAM120
50% | PAM80
60% | PAM 60
PAM250
→ 14% - 27%
第三节 序列比对算法 Dotplot算法
评估两条序列相似度最简单的方法之一是利用点阵图。
• 假设两条序列:CACGA和CGA,使用统一的空位和 失配罚分 • 则:1、给第一条序列加一个空位
2、给第二条序列加一个空位 3、两条序列都不加空位
如果知道了ACGA与GA最佳比对的得分,就可以立即计算出表中第一行的 得分。同样地,如果知道了表中第二、第三行剩余序列的最佳比对的得 分,就可以计算出起始位点的不同的三种比对得分。
(a)Leabharlann (b)(a)对人类(Homo sapiens)与黑猩猩(Pongo pygmaeus)的β球蛋 白基因序列进行比较的完整点阵图。(b)利用滑动窗口对以上的两种球 蛋白基因序列进行比较的点阵图,其中窗口大小为10个核苷酸,相似度阈 值为8。
常用对比软件:BLAST(bl2seq)
动态规划: Needleman 和 Wunsch 算法
第三章 序列 比对原理
Principles of Sequence Alignment
• Biology
- What is the biological question or problem?
• Data
-What is the input data? -What other supportive data can be used ?
• 考虑这样的两条核苷酸序列: AATCTATA和AAGATA 仅有三种比对方式

第3章序列比对[1]

第3章序列比对[1]

contents
3.1概述 3.2两条序列比对方法 3.3多条序列比对方法
3.1概述
3.1.1序列比对的概念 3.1.2生物序列之间的关系
3.1.1序列比对的概念
⑴序列比对(Sequence
alignment)
序列比对是序列相似性分析的常用方法,又称序 列联配。 通过将两个或多个核酸序列或蛋白序列进行比 对,显示其中相似的结构域,这是进一步相似性 分析的基础。通过比较未知序列与已知序列的一 致性或相似性,可以预测未知序列功能。
Query: 181 catcaactacaactccaaagacacccttacacccactaggatatcaacaaacctacccac 240 |||||||| |||| |||||| ||||| | ||||||||||||||||||||||||||||||| Sbjct: 189 catcaactgcaaccccaaagccacccct-cacccactaggatatcaacaaacctacccac 247
一致性(identity)
Identity: The extent to which two (nucleotide or amino acid) sequences are invariant. 当两条序列同源时,它们的氨基酸序列或核苷酸序列通常 有显著的一致性(identity)。 一致性反映的是两个氨基酸序列(或核苷酸序列)之间相 同的程度。 因此,同源性是序列同源或不同源的一种论断,而一致性 和相似性是一种描述序列相关性的量。
⑵同源性、相似性、一致性
同源性(homology)
Homology: Similarity attributed to descent from a common ancestor.

序列比对PPT课件

序列比对PPT课件
第五章 序列比对
本章提要:介绍了序列相似性的概念,列举了
描述DNA和蛋白质序列相似性的计分矩阵。介绍 了序列比较的基本操作—“比对”的概念,以双序 列比对为例详细学习了序列整体比对的 Needleman-Wunsch 算 法 , 序 列 局 部 比 对 的 SmithWaterman算法。介绍了多序列比对的概念,简要 介绍了几种多序列比对的算法,学习了一个常用 的多序列比对软件—ClustalW的使用和用途。









2021/1/5
BIOINFORMATICS
22
不同类型的字符替换,其代价或得分是不一
样的,特别是对于蛋白质序列。某些氨基酸可以
很容易地相互取代而不用改变它们的理化性质。
例如,考虑这样两条蛋白质序列,其中一条在某
一位置上是丙氨酸,如果该位点被替换成另一个
较小且疏水的氨基酸,比如缬氨酸,那么对蛋白 数
点阵图的噪声,并且可以明确地指出两条序列间具有显著
物 工
相似性的区域。



2021/1/5
BIOINFORMATICS
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以上讨论了如何利用单元矩阵来构建点阵
图。更加复杂的点阵图可基于不同的计分规则
而构建。这些计分规则规定了不同残基之间相
似性程度的分值。例如,可以根据不同残基之
间在进化关系、空间结构、理化性质等方面的
口沿X轴向右移动一个字符的位置,比较X轴序列的第2
11个字符与Y轴序列的第110个字符。不断重复这个过程,
直到X轴上所有长度为10的子串都与Y轴第110个字符组
成的子串比较过为止。
然后,将Y轴的窗口向上移动一个字符的位置,重复 数

生物信息学序列比对ppt课件

生物信息学序列比对ppt课件

核苷酸转换矩阵
(三)蛋白质序列比对的替换计分矩阵
等价矩阵 遗传密码矩阵(GCM) 疏水性矩阵(hydrophobic matrix ) PAM矩阵 BLOSUM矩阵
PAM矩阵是从蛋白质序列的全局比对结果推导出来
的,而BLOSUM 矩阵则是从蛋白质序列块(短序 列)比对推导出来的。
用计算机科学的术语来说,比对两个序列就是找出 两个序列的最长公共子序列(longest common subsequence,LCS),它反映了两个序列的最高 相似度。
动态规划法示意 (A)使用动态规划法寻找两个序列的最长公共部分;
(B)动态规划表的填写。
四、序列比对的作用
获得共性序列
序列测序 突变分析 种系分析 保守区段分析 基因和蛋白质功能分析
列比对具有较高效率。最流行的渐进多序列比对软 件是Clustal家族。
ClustalW有以下特点:
首先,在比对中对每个序列赋予一个特殊的权值以
降低高度近似序列的影响和提高相距遥远的序列的 影响(ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ下图)。
ClustalW中对序列赋权的方法
其次,根据序列间进化距离的离异度(divergence) 在比对的不同阶段使用不同的氨基酸替换矩阵; 第三,采用了与特定氨基酸相关的空缺(gap)罚分 函数,对亲水性氨基酸区域中的空缺予以较低的罚分; 第四,对在早期配对比对中产生空缺的位置进行较少 的罚分,对引入空缺和扩展空缺进行不同的罚分。
其他多序列全局比对方法 迭代法
基于一致性的方法
遗传算法
五、多序列局部比对
全局比对,其共同特征是序列中所有对应字符均假
定可以匹配,所有字符具有同等的重要性,空格的
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等等……
简单空位罚分
• 对含有空位的比对打分时,空位罚分就必须包含到 打分函数中,空位比对的简单打分公式如下:
例如:假设匹配得分为1,失配得分为0,空位罚分为-1
三种空位比对的得分从左至右分别是1、3、3
起始罚分与长度罚分
• 使用简单空位罚分对两条序列进行比对时,经常 能找到若干同格式最优的比对。进一步区分这些 比对的方法是找出哪些比对包含较多的不连续空 位,哪些包含较少长度较长的空位片段。
• 多联核苷酸的插入删除事件相对于单个核苷酸来 说会较经常发生。
• 统计结果表明,两条序列长度上的差异更可能是 单个三联核苷酸的插入删除事件导致的,而多个 不连续核苷酸插入删除事件的可能性比较小。
空位罚分
• 由序列中产生的新空位串引起的起始罚分和根据 缺少的字符数而定的长度罚分。预设长度罚分小于
起始罚分,以此建立的打分函数便能奖励空位连在一起 的比对。
囊肿性纤维化(Cystic Fibrosis,CF), 亦称为囊性纤维化、囊肿性纤维变性或 囊纤维变性,是一种常见的遗传疾病。 此病症会影响病患的全身,导致逐渐的 行动困难以及提早死亡。最常见的症状 是因为长期反复的肺部感染所导致的呼 吸困难,其他可能的症状包括鼻窦炎、
发育不良、腹泻以及不孕。
Cystic Fibrosis(囊性纤维化) and the adenosine triphosphate binding Protein
第一节 序列比对相关概念
序列比对(sequence alignment)的定义:
• 运用某种 特定的数学模型或算法,找出两个或多 个序列之间的最大匹配碱基或氨基酸残基数,比 对的结果反映了算法在多大程度上提供序列之间 的相似性关系及它们的生物学特征。
• 序列:核酸或蛋白质
为什么要进行序列比对?
• 基于同源物鉴定的功能预测
• 考虑这样的两条核苷酸序列: AATCTATA和AAGATA 仅有三种比对方式
不考虑空位的简单比对,它的打分函数是有对比奖励和罚分的和来决定
匹配得分:1 失配得分:0
上例中三个比对从左至右分别是 4、 1、 3
空位
• 两条或多条序列比对时,如果考虑到插入与删除时间发生 地可能性,那么候选的比对数量就会大大增加,也就导致 了比对的复杂性。上节中两条核苷酸序列,在不考虑空位 时仅有三种比对,而较短的那条加入了两个空位后,变产 生了28种不同的比对,例如:
第三章 序列 比对原理
Principles of Sequence Alignment
• Biology
- What is the biological question or problem?
• Data
-What is the input data? -What other supportive data can be used ?
• 假设起始罚分为-2,长度罚分为-1,匹配得分为+1, 失配得分为0,则对于
这三个比对,从左至右比对的得分分别是 -3,-1,+1
在后两种比对在使用简单空位罚分时,最后得分都是 +3,现在却得到了不同的分数。
– 相似性(similarity) – 同一性(identity)
(三个重要概念见教材P47)
—同源序列一般是相似的 — 相似序列不一定是同源的 — 进化趋同(同功能)
“同源性”与“相似性”的用法
• 使用ClustalW和DNAMAN 310分析了本实验室克隆的15个黄 瓜抗病基因类似序列(RGA)之间以及与烟草的N 基因、亚麻 的L6基因和拟南芥的RPS2基因之间的同源性, 并对这些RGA 进行了PCR和Southern验证与分析。结果表明: 15个黄瓜 RGA中, 核苷酸序列同源性最高的是CsRGA2、CsR2GA4和 CsRGA5, 其次是CsRGA6、CsRGA7、CsRGA8和CsRGA9, CsRGA1和CsRGA3也存在较高的同源性; 其余的RGA同源性 较低。在氨基酸序列上也表现了相同的特征。与N、L6和 RPS2等抗病基因的产物之间同源性最高46% , 最低22%。 (丁国华等,2007)
基本假设:
• 序列的保守性
功能的保守性
注意:
• 蛋白质一般在三级结构的层面上执行功能;
• 蛋白质序列的保守性决定于其编码DNA的保守 性。
序列同源性模型中的进化假设
1. 所有的生物都起源于同一个祖先;
2. 序列不是随机产生,而是在进化上,不断 发生着演变;
3. 基本假设:
• 序列保守性
结构保守性
插入/删除事件
• 假设两条序列长度分别是12和9 • 假设这两条序列是真正的同源序列,那么它们之
间长度的差异可以解释为 (1)较长的序列有核苷酸 的插入,或者 (2) 较短的序列发生了核苷酸的删除, 或者(3) 两者都发生了。 • 在不知道原始父辈序列的情况下,无法判断导致 空位的原因是由于一条序列的插入事件还是另一 条的删除事件,通常把这类事件称为插入/删除事 件。
相似性(相似度)
直系同源与旁系同源
序列的相似性描述
– 定性的描述:画图
– 定量的数值:
• 相似度 • 距离
第二节 序列比对打分方法
• 比对就是两条序列字符间简单的两两匹配。比对 可以反映出两条或多条同源序列间的进化关系.
• 最简单的情况下即不考虑空位,当两条序列对比 时,要做的仅是为较短的序列选择比对的起始点。
• Model
-How is the problem formulated computationally? - Or, what’s the data model?
• Algorithm
-What is the computational algorithm? - How about its performance/limitation?
• 注意:反之可以不为真。
• 结构保守性
序列保守性
序列同源性模型中的进化假设
1. 所有的生物都起源于同一个祖先;
2. 序列不是随机产生,而是在进化上,不断 发生着演变;
3. 基本假设:
• 序列保守性
结构保守性
• 注意:反之可以不为真。
• 结构保守性
序列保守性
–同源性(homology)- 具有共同的祖 先(质的判断)
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