生物序列的同源性搜索blast简介及其应用
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生物序列的同源性搜索blast简介及其 应用
内容提要
1.基本概念 相似性，同源性
2.Blast介绍 Blast资源和相关问题
3.Blast的应用 网络版，单机版
4.深入了解Blast(改进程序，算法基础) 5.其他的序列相似性搜索工具（fasta）
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生物序列的同源性搜索blast简介及其 应用
2.其他站点：
http://life.zsu.edu.cn/blast/ http://nema.cap.ed.ac.uk/ncbi_blast.html http://www.fruitfly.org/blast/（果蝇）
…
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生物序列的同源性搜索blast简介及其 应用
Blast结果给出的信息
生物序列的相似性
相似性(similarity)： 是指一种很直接的数量关系，比如部 分相同或相似的百分比或其它一些合适 的度量。比如说，A序列和B序列的相似 性是80％，或者4/5。这是个量化的关 系。当然可进行自身局部比较。
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生物序列的同源性搜索blast简介及其 应用
生物序列的同源性
同源性(homology)： 指从一些数据中推断出的两个基因或蛋
白质序列具而共同祖先的结论，属于质的 判断。就是说A和B的关系上，只有是同 源序列，或者非同源序列两种关系。而说 A和B的同源性为80％都是不科学的。
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生物序列的同源性搜索blast简介及其 应用
•相似性和同源性关系
•序列的相似性和序列的同源性有一定的关系， 一般来说序列间的相似性越高的话，它们是同源 序列的可能性就更高，所以经常可以通过序列的 相似性来推测序列是否同源。
用于确定该序列的生物属性，也就是找出与此序列相似 的已知序列是什么。完成这一工作只需要使用两两序列 比较算法。常用的程序包有BLAST、FASTA等；
序列同源性分析： 是将待研究序列加入到一组与之同源，但来自不同物种 的序列中进行多序列同时比较，以确定该序列与其它序 列间的同源性大小。这是理论分析方法中最关键的一步。 完成这一工作必须使用多序列比较算法。常用的程序包 有CLUSTAL等；
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•分析过程（一）
•1.登陆ncbi的blast主页
•2.选择程序，因为 查询序列是蛋白序 列可以选择blastp，
点击进入
•也可以选择tblastn
•作为演示， •我们这里选blastp
生物序列的同源性搜索blast简介及其 应用
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分析过程（二）
•3.填入序列（copy＋paste） •Fasta格式，或者纯序列
•打分矩阵
生物序列的同源性搜索blast简介及其 应用
分析过程（四）
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•8.输出格式选项保持 默认值
•9.点击开始搜索
生物序列的同源性搜索blast简介及其 应用
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分析过程（五）
•10.查询序列的一些 相关信息 •在cdd库里面找 到两个保守区域， 点击可以进入
生物序列的同源性搜索blast简介及其 应用
分析过程（六）
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•图形结果
生物序列的同源性搜索blast简介及其 应用
分析过程（七）
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•匹配序列列表
生物序列的同源性搜索blast简介及其 应用
分析过程（八）
核酸序列6框翻译成蛋白质序列后和蛋白 质数据库中的序列逐一搜索。
蛋白质序列和核酸数据库中的核酸序列6 框翻译后的蛋白质序列逐一比对。
核酸序列6框翻译成蛋白质序列，再和核 酸数据库中的核酸序列6框翻译成的蛋 白质序列逐一进行比对。
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生物序列的同源性搜索blast简介及其 应用
Blast相关的问题
碱基）随机排列的序列进行打分，得到上述Score值的 概率的大小。E值越小表示随机情况下得到该Score值的 可能性越低。
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NCBI提供的Blast服务
•登陆ncbi的 blast主页
•核酸序列
•蛋白序 列
•翻译序 列
•底下有其他一些针对 特殊数据库的和查看 生物序列的同源以性往搜索的b比las对t简结介及果其等
Blast结果会列出跟查询序列相似性比较 高，符合限定要求的序列结果，根据这些 结果可以获取以下一些信息。
1.查询序列可能具有某种功能 2.查询序列可能是来源于某个物种 3.查询序列可能是某种功能基因的同源基因
… 这些信息都可以应用到后续分析中。
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生物序列的同源性搜索blast简介及其 应用
我们通过blast搜索来获取一些这个序列的 信息。
生物序列的同源性搜索blast简介及其 应用
具体步骤
1.登陆blast主页
http://www.ncbi.nlm.nih.gov/BLAST/ 2.根据数据类型，选择合适的程序 3.填写表单信息 4.提交任务 5.查看和分析结果
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生物序列的同源性搜索blast简介及其 应用
•Blast程序评价序列相似性的两个数据
•Score：使用打分矩阵对匹配的片段进行打分，这是
对各对氨基酸残基（或碱基）打分求和的结果，一般来 说，匹配片段越长、 相似性越高则Score值越大。
•E value:在相同长度的情况下，两个氨基酸残基（或
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主要的blast程序
程序名 Blastn Blastp
查询序列 核酸 蛋白质
Blastx
核酸
Tblastn 蛋白质
TBlastx
核酸
数据库
搜索方法
核酸 核酸序列搜索逐一核酸数据库中的序列
蛋白质 蛋白质 核酸 核酸
蛋白质序列搜索逐一蛋白质数据库中的序 列
•4.选择搜索区域，这里我们要 搜索整个序列，不填
•5.选择搜索数据库，这里我们 选nr(非冗余的蛋白序列库)。
•是否搜索保守区域数据库 （cdd），蛋白序列搜索才有。 生物序列的同源•我性搜们索选blas上t简介及其
应用
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分析过程（三）
•6.限制条件，我们限制 在病毒里面找。
•7.其他选项保持默认值
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Blast简介（一）
BLAST 是由美国国立生物技术信息 中心（NCBI）
开发的一个基于序列相似性的数据库搜 索程序。
BLAST是“局部相似性基本查询工 具”(Basic Local Alignment Search Tool)的 缩写。
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2wk.baidu.com20/11/26
生物序列的同源性搜索blast简介及其 应用
•生物信息学常见的应用与软件
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序列数据的保存格式与相关数据库资源 在数据库中进行序列相似性搜索 多序列比对 进化树构建与分子进化分析 Motif的寻找与序列的模式识别 RNA二级结构，蛋白质二、三级结构的预测 基因芯片的数据分析
w 怎么获得blast服务,怎么使用的问题？
w 为什么使用blast，可以获得什么样的信息？
w 其他问题：实际使用时选择哪种方式（网 络，本地化），参数的选择，结果的解 释…
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Blast资源
1.NCBI主站点：
http://www.ncbi.nlm.nih.gov/BLAST/(网络版) ftp://ftp.ncbi.nlm.nih.gov/blast/ (单机版)
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生物序列的同源性搜索blast简介及其 应用
•本地WEB版的Blast
•
在NCBI的FTP上，在blast程序的目录
下，还提供了一种供用户在自己的服务器
上建立Blast网页服务的软件包(wwwblast)。
• 使用该软件包，用户可以建立一个简 易的进行Blast运算的网站供实验室人员使 用。用于搜索的数据库同样可以灵活的定 义。
•筛选结果
•Alignment的 显示方式
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•点击开始搜 索
•其他一些显示格式参数
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提交任务
•返回查询号（request id）
•修改完显示格式后 点击进入结果界面
•可以修改显示结果格式
生物序列的同源性搜索blast简介及其 应用
•一些过滤选项，包括简 单重复序列，人类基因
组中的重复序列等
•E值上限
•窗口大小
•如果你对blast的命令行选项熟悉的话，可以在这里加入更多的参数
生物序列的同源性搜索blast简介及其 应用
Blast任务提交表单（三）
•E值范围
•3.设置结果输出显示格式
•选择需要显示的选项 以及显示的文件格式
•显示数目
•详细的比对上的序列的排列情况
生物序列的同源性搜索blast简介及其 应用
一个具体的例子（blastp）
假设以下为一未知蛋白序列
>query_seq
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MSDNGPQSNQRSAPRITFGGPTDSTDNNQNGGRNGARPKQRRPQGLPNNTAS WFTALTQHGKEELRFPRGQGVPINTNSGPDDQIGYYRRATRRVRGGDGKMKEL SPRWYFYYLGTGPEASLPYGANKEGIVWVATEGALNTPKDHIGTRNPNNNAATVL QLPQGTTLPKGFYAEGSRGGSQASSRSSSRSRGNSRNSTPGSSRGNSPARMA SGGGETALALLLLDRLNQLESKVSGKGQQQQGQTVTKKSAAEASKKPRQKRTAT KQYNVTQAFGRRGPEQTQGNFGDQDLIRQGTDYKHWPQIAQFAPSASAFFGMS RIGMEVTPSGTWLTYHGAIKLDDKDPQFKDNVILLNKHIDAYKTFPPTEPKKDKKK KTDEAQPLPQRQKKQPTVTLLPAADMDDFSRQLQNSMSGASADST QA
两种版本的Blast比较（二）
w 单机版
单机版的blast可以通过NCBI的ftp站点获得， 有适合不同平台的版本（包括linux，dos 等）。获得程序的同时必须获取相应的数 据库才能在本地进行blast分析。单机版的 优点是可以处理大批的数据，可以自己定 义数据库，但是需要耗费本地机的大量资 源，此外操作也没有网络版直观、方便， 需要一定的计算机操作水平。
结果页面（一）
•图形示意结果
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结果页面（二）
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•目标序列描述部分
•带有genbank的链接，点击可以进入
•匹配情况，分值，e
相应的genbank序列
生物序列的同源性搜索blast值简介及其
应用
结果页面（三）
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• 正因为存在这样的关系，很多时候对序列的 相似性和同源性就没有做很明显的区分，造成经 常等价混用两个名词。所以有出现A序列和B序 列的同源性为80％一说。
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生物序列的同源性搜索blast简介及其 应用
序列相似性比较和序列同源性分析
序列相似性比较： 就是将待研究序列与DNA或蛋白质序列库进行比较，
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生物序列的同源性搜索blast简介及其 应用
Blast简介（二）
Blast 是一个序列相似性搜索的程序包， 其中包含了很多个独立的程序，这些程序 是根据查询的对象和数据库的不同来定义 的。比如说查询的序列为核酸，查询数据 库亦为核酸序列数据库，那么就应该选择 blastn程序。
下表列出了主要的blast程序。
两种版本的Blast比较（一）
w 网络版本
包括NCBI在内的很多网站都提供了在线 的blast服务，这也是我们最经常用到的 blast服务。网络版本的blast服务就有方便， 容易操作，数据库同步更新等优点。但是 缺点是不利于操作大批量的数据，同时也 不能自己定义搜索的数据库。
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应用
Blast任务提交表单（一）
•序列范围 •（默认全部）
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•1.序列信息部分
•填入查询（query）的序列
•选择搜索数据库 •如果接受其他参数默认
设置，点击开始搜索生物序列的同源性搜索blast简介及其
应用
Blast任务提交表单（二）
•2.设置各种参数部分
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•设置搜索的范围，entrez关键词， 或者选择特定物种
内容提要
1.基本概念 相似性，同源性
2.Blast介绍 Blast资源和相关问题
3.Blast的应用 网络版，单机版
4.深入了解Blast(改进程序，算法基础) 5.其他的序列相似性搜索工具（fasta）
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生物序列的同源性搜索blast简介及其 应用
2.其他站点：
http://life.zsu.edu.cn/blast/ http://nema.cap.ed.ac.uk/ncbi_blast.html http://www.fruitfly.org/blast/（果蝇）
…
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生物序列的同源性搜索blast简介及其 应用
Blast结果给出的信息
生物序列的相似性
相似性(similarity)： 是指一种很直接的数量关系，比如部 分相同或相似的百分比或其它一些合适 的度量。比如说，A序列和B序列的相似 性是80％，或者4/5。这是个量化的关 系。当然可进行自身局部比较。
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生物序列的同源性搜索blast简介及其 应用
生物序列的同源性
同源性(homology)： 指从一些数据中推断出的两个基因或蛋
白质序列具而共同祖先的结论，属于质的 判断。就是说A和B的关系上，只有是同 源序列，或者非同源序列两种关系。而说 A和B的同源性为80％都是不科学的。
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生物序列的同源性搜索blast简介及其 应用
•相似性和同源性关系
•序列的相似性和序列的同源性有一定的关系， 一般来说序列间的相似性越高的话，它们是同源 序列的可能性就更高，所以经常可以通过序列的 相似性来推测序列是否同源。
用于确定该序列的生物属性，也就是找出与此序列相似 的已知序列是什么。完成这一工作只需要使用两两序列 比较算法。常用的程序包有BLAST、FASTA等；
序列同源性分析： 是将待研究序列加入到一组与之同源，但来自不同物种 的序列中进行多序列同时比较，以确定该序列与其它序 列间的同源性大小。这是理论分析方法中最关键的一步。 完成这一工作必须使用多序列比较算法。常用的程序包 有CLUSTAL等；
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•分析过程（一）
•1.登陆ncbi的blast主页
•2.选择程序，因为 查询序列是蛋白序 列可以选择blastp，
点击进入
•也可以选择tblastn
•作为演示， •我们这里选blastp
生物序列的同源性搜索blast简介及其 应用
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分析过程（二）
•3.填入序列（copy＋paste） •Fasta格式，或者纯序列
•打分矩阵
生物序列的同源性搜索blast简介及其 应用
分析过程（四）
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•8.输出格式选项保持 默认值
•9.点击开始搜索
生物序列的同源性搜索blast简介及其 应用
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分析过程（五）
•10.查询序列的一些 相关信息 •在cdd库里面找 到两个保守区域， 点击可以进入
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•图形结果
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•匹配序列列表
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分析过程（八）
核酸序列6框翻译成蛋白质序列后和蛋白 质数据库中的序列逐一搜索。
蛋白质序列和核酸数据库中的核酸序列6 框翻译后的蛋白质序列逐一比对。
核酸序列6框翻译成蛋白质序列，再和核 酸数据库中的核酸序列6框翻译成的蛋 白质序列逐一进行比对。
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Blast相关的问题
碱基）随机排列的序列进行打分，得到上述Score值的 概率的大小。E值越小表示随机情况下得到该Score值的 可能性越低。
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NCBI提供的Blast服务
•登陆ncbi的 blast主页
•核酸序列
•蛋白序 列
•翻译序 列
•底下有其他一些针对 特殊数据库的和查看 生物序列的同源以性往搜索的b比las对t简结介及果其等
Blast结果会列出跟查询序列相似性比较 高，符合限定要求的序列结果，根据这些 结果可以获取以下一些信息。
1.查询序列可能具有某种功能 2.查询序列可能是来源于某个物种 3.查询序列可能是某种功能基因的同源基因
… 这些信息都可以应用到后续分析中。
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生物序列的同源性搜索blast简介及其 应用
我们通过blast搜索来获取一些这个序列的 信息。
生物序列的同源性搜索blast简介及其 应用
具体步骤
1.登陆blast主页
http://www.ncbi.nlm.nih.gov/BLAST/ 2.根据数据类型，选择合适的程序 3.填写表单信息 4.提交任务 5.查看和分析结果
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生物序列的同源性搜索blast简介及其 应用
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生物序列的同源性搜索blast简介及其 应用
•Blast程序评价序列相似性的两个数据
•Score：使用打分矩阵对匹配的片段进行打分，这是
对各对氨基酸残基（或碱基）打分求和的结果，一般来 说，匹配片段越长、 相似性越高则Score值越大。
•E value:在相同长度的情况下，两个氨基酸残基（或
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生物序列的同源性搜索blast简介及其 应用
主要的blast程序
程序名 Blastn Blastp
查询序列 核酸 蛋白质
Blastx
核酸
Tblastn 蛋白质
TBlastx
核酸
数据库
搜索方法
核酸 核酸序列搜索逐一核酸数据库中的序列
蛋白质 蛋白质 核酸 核酸
蛋白质序列搜索逐一蛋白质数据库中的序 列
•4.选择搜索区域，这里我们要 搜索整个序列，不填
•5.选择搜索数据库，这里我们 选nr(非冗余的蛋白序列库)。
•是否搜索保守区域数据库 （cdd），蛋白序列搜索才有。 生物序列的同源•我性搜们索选blas上t简介及其
应用
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分析过程（三）
•6.限制条件，我们限制 在病毒里面找。
•7.其他选项保持默认值
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生物序列的同源性搜索blast简介及其 应用
Blast简介（一）
BLAST 是由美国国立生物技术信息 中心（NCBI）
开发的一个基于序列相似性的数据库搜 索程序。
BLAST是“局部相似性基本查询工 具”(Basic Local Alignment Search Tool)的 缩写。
生物序列的同源性搜索blast简介及其应用
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2wk.baidu.com20/11/26
生物序列的同源性搜索blast简介及其 应用
•生物信息学常见的应用与软件
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序列数据的保存格式与相关数据库资源 在数据库中进行序列相似性搜索 多序列比对 进化树构建与分子进化分析 Motif的寻找与序列的模式识别 RNA二级结构，蛋白质二、三级结构的预测 基因芯片的数据分析
w 怎么获得blast服务,怎么使用的问题？
w 为什么使用blast，可以获得什么样的信息？
w 其他问题：实际使用时选择哪种方式（网 络，本地化），参数的选择，结果的解 释…
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生物序列的同源性搜索blast简介及其 应用
Blast资源
1.NCBI主站点：
http://www.ncbi.nlm.nih.gov/BLAST/(网络版) ftp://ftp.ncbi.nlm.nih.gov/blast/ (单机版)
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生物序列的同源性搜索blast简介及其 应用
•本地WEB版的Blast
•
在NCBI的FTP上，在blast程序的目录
下，还提供了一种供用户在自己的服务器
上建立Blast网页服务的软件包(wwwblast)。
• 使用该软件包，用户可以建立一个简 易的进行Blast运算的网站供实验室人员使 用。用于搜索的数据库同样可以灵活的定 义。
•筛选结果
•Alignment的 显示方式
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•点击开始搜 索
•其他一些显示格式参数
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提交任务
•返回查询号（request id）
•修改完显示格式后 点击进入结果界面
•可以修改显示结果格式
生物序列的同源性搜索blast简介及其 应用
•一些过滤选项，包括简 单重复序列，人类基因
组中的重复序列等
•E值上限
•窗口大小
•如果你对blast的命令行选项熟悉的话，可以在这里加入更多的参数
生物序列的同源性搜索blast简介及其 应用
Blast任务提交表单（三）
•E值范围
•3.设置结果输出显示格式
•选择需要显示的选项 以及显示的文件格式
•显示数目
•详细的比对上的序列的排列情况
生物序列的同源性搜索blast简介及其 应用
一个具体的例子（blastp）
假设以下为一未知蛋白序列
>query_seq
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MSDNGPQSNQRSAPRITFGGPTDSTDNNQNGGRNGARPKQRRPQGLPNNTAS WFTALTQHGKEELRFPRGQGVPINTNSGPDDQIGYYRRATRRVRGGDGKMKEL SPRWYFYYLGTGPEASLPYGANKEGIVWVATEGALNTPKDHIGTRNPNNNAATVL QLPQGTTLPKGFYAEGSRGGSQASSRSSSRSRGNSRNSTPGSSRGNSPARMA SGGGETALALLLLDRLNQLESKVSGKGQQQQGQTVTKKSAAEASKKPRQKRTAT KQYNVTQAFGRRGPEQTQGNFGDQDLIRQGTDYKHWPQIAQFAPSASAFFGMS RIGMEVTPSGTWLTYHGAIKLDDKDPQFKDNVILLNKHIDAYKTFPPTEPKKDKKK KTDEAQPLPQRQKKQPTVTLLPAADMDDFSRQLQNSMSGASADST QA
两种版本的Blast比较（二）
w 单机版
单机版的blast可以通过NCBI的ftp站点获得， 有适合不同平台的版本（包括linux，dos 等）。获得程序的同时必须获取相应的数 据库才能在本地进行blast分析。单机版的 优点是可以处理大批的数据，可以自己定 义数据库，但是需要耗费本地机的大量资 源，此外操作也没有网络版直观、方便， 需要一定的计算机操作水平。
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•图形示意结果
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•目标序列描述部分
•带有genbank的链接，点击可以进入
•匹配情况，分值，e
相应的genbank序列
生物序列的同源性搜索blast值简介及其
应用
结果页面（三）
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• 正因为存在这样的关系，很多时候对序列的 相似性和同源性就没有做很明显的区分，造成经 常等价混用两个名词。所以有出现A序列和B序 列的同源性为80％一说。
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生物序列的同源性搜索blast简介及其 应用
序列相似性比较和序列同源性分析
序列相似性比较： 就是将待研究序列与DNA或蛋白质序列库进行比较，
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生物序列的同源性搜索blast简介及其 应用
Blast简介（二）
Blast 是一个序列相似性搜索的程序包， 其中包含了很多个独立的程序，这些程序 是根据查询的对象和数据库的不同来定义 的。比如说查询的序列为核酸，查询数据 库亦为核酸序列数据库，那么就应该选择 blastn程序。
下表列出了主要的blast程序。
两种版本的Blast比较（一）
w 网络版本
包括NCBI在内的很多网站都提供了在线 的blast服务，这也是我们最经常用到的 blast服务。网络版本的blast服务就有方便， 容易操作，数据库同步更新等优点。但是 缺点是不利于操作大批量的数据，同时也 不能自己定义搜索的数据库。
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生物序列的同源性搜索blast简介及其 应用
应用
Blast任务提交表单（一）
•序列范围 •（默认全部）
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•1.序列信息部分
•填入查询（query）的序列
•选择搜索数据库 •如果接受其他参数默认
设置，点击开始搜索生物序列的同源性搜索blast简介及其
应用
Blast任务提交表单（二）
•2.设置各种参数部分
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•设置搜索的范围，entrez关键词， 或者选择特定物种