序列相似性检索
序列相似性的名词解释
序列相似性的名词解释序列相似性是生物学领域中十分重要的概念，它指的是生物序列之间的结构和功能上的相似性程度。
生物序列可以是DNA序列、RNA序列或蛋白质序列，它们在细胞中发挥重要的生物学功能。
了解序列相似性有助于我们揭示生物进化、研究基因功能、寻找药物靶点以及预测蛋白质结构等方面。
序列相似性的研究可以追溯到上个世纪的早期，当时科学家们开始在细菌和病毒的DNA序列中寻找共同的结构和功能。
他们发现，即使在不同种类的生物中，DNA序列中的一些片段也表现出显著的相似性。
这种相似性被认为是生物进化的结果，即不同物种之间共有的基因片段在进化过程中被保留下来。
随着科技的发展，现代生物学中应用的高通量测序技术为大规模的序列相似性研究提供了便利。
科学家们利用计算机算法可以对数以百万计的DNA、RNA和蛋白质序列进行比对和分析。
在这些序列数据中，一些重要的相似性特征得以揭示。
序列相似性的研究有两个主要的方向：序列比对和序列聚类。
序列比对是比较两个或多个序列之间的相似性，通常是通过计算它们之间的相似性得分和标记匹配的位置来实现的。
这种比对可以帮助我们找到序列中的保守区域，即在进化中被保留下来的具有重要功能的区域。
此外，序列比对还可以用于识别编码相同功能的基因或蛋白质。
与此相反，序列聚类的研究旨在将相似性高的序列进行分组，以便更好地理解它们之间的关系和功能。
聚类技术可以通过计算序列之间的距离或相似性矩阵来实现。
这种方法在研究蛋白质家族、寻找新的序列特征和发现新的生物学功能方面具有重要意义。
除了DNA、RNA和蛋白质序列的相似性研究，序列相似性的概念还在许多其他领域得到了应用。
在计算机科学中，序列相似性用于比对和分析文本、音频和图像等数据，以实现信息检索、识别和分类等任务。
此外，序列相似性的概念还被应用于社会科学领域中，用于分析人类行为和社交网络等。
尽管序列相似性在不同领域有着广泛的应用和研究，需要提醒的是，相似性并不意味着完全相同或相等。
时间序列分析相似性度量基本方法
时间序列分析相似性度量基本⽅法前⾔时间序列相似性度量是时间序列相似性检索、时间序列⽆监督聚类、时间序列分类以及其他时间序列分析的基础。
给定时间序列的模式表⽰之后，需要给出⼀个有效度量来衡量两个时间序列的相似性。
时间序列的相似性可以分为如下三种：1、时序相似性时序相似性是指时间序列点的增减变化模式相同，即在同⼀时间点增加或者减少，两个时间序列呈现⼀定程度的相互平⾏。
这个⼀般使⽤闵可夫斯基距离即可进⾏相似性度量。
2、形状相似性形状相似性是指时间序列中具有共同的形状，它通常包含在不同时间点发⽣的共同的趋势形状或者数据中独⽴于时间点相同的⼦模式。
两个时间序列整体上使⽤闵可夫斯基距离刻画可能不相似，但是他们具有共同相似的模式⼦序列，相似的模式⼦序列可能出现在不同的时间点。
这个⼀般使⽤DTW动态时间规整距离来进⾏相似性刻画。
3、变化相似性变化相似性指的是时间序列从⼀个时间点到下⼀个时间点的变化规律相同，两个时间序列在形状上可能并不⼀致，但是可能来⾃于同⼀个模型。
这个⼀般使⽤ARMA或者HMM等模型匹配⽅法进⾏评估。
时间序列相似性度量可能会受到如下因素影响：时间序列作为真实世界的系统输出或者测量结果，⼀般会夹杂着不同程度的噪声扰动；时间序列⼀般会呈现各种变形，如振幅平移振幅压缩时间轴伸缩线性漂移不连续点等时间序列之间可能存在不同程度的关联；以上因素在衡量时间序列相似性度量的时候要根据具体情况进⾏具体分析。
闵可夫斯基距离给定两条时间序列：P=(x_1,x_2,...x_n),\ \ Q(y_1,y_2,...y_n)闵可夫斯基距离的定义如下:dist(P,Q) = \left(\sum\limits_{i=1}^n|x_i-y_i|^p\right)^{\frac{1}{p}}注：1. 当p=1时，闵可夫斯基距离⼜称为曼哈顿距离：dist(P,Q)=\sum\limits_{i=1}^n |x_i-y_i|2.3. 当p=2时，闵可夫斯基距离⼜称为欧⽒距离：dist(P,Q) = \left(\sum\limits_{i=1}^n|x_i-y_i|^2\right)^{\frac{1}{2}}4. 当p\rightarrow\infty时，闵可夫斯基距离⼜称为切⽐雪夫距离：\lim\limits_{p\rightarrow\infty}\left(\sum\limits_{i=1}^n|x_i-y_i|^p\right)^{\frac{1}{p}} = \max\limits_{i}|x_i-y_i|5. 闵可夫斯基距离模型简单，运算速度快。
序列数据相似度计算
序列数据相似度计算
摘要：
1.序列数据相似度计算的定义与重要性
2.常用的序列数据相似度计算方法
3.实例分析
4.总结
正文：
序列数据相似度计算是研究序列数据之间相似性的一种方法，它在生物学、语言学、信息检索等领域有着广泛的应用。
对于序列数据，我们通常关心的是它们之间的相似程度，而序列数据相似度计算就是用来量化这种相似程度的。
常用的序列数据相似度计算方法有动态规划法、最长公共子序列法、最小编辑距离法等。
动态规划法是一种基于数学模型的算法，它通过计算两个序列之间的最长递增子序列来确定它们的相似度。
最长公共子序列法则是通过寻找两个序列中最长的公共子序列来计算它们的相似度。
最小编辑距离法则是通过计算将一个序列转换成另一个序列所需的最小操作次数来计算它们的相似度。
以蛋白质序列比对为例，科学家们可以通过比较两个蛋白质序列的相似度，来推测它们的功能和结构是否相似。
这种方法在生物信息学领域被广泛应用，有助于我们理解基因和蛋白质之间的关系。
总的来说，序列数据相似度计算是一种重要的数据分析方法，它在许多领域都有着广泛的应用。
BLAST相似序列的数据库搜索
实习 4 ：BLAST相似序列的数据库搜索学号20090**** 姓名****** 专业年级生命生技****实验时间2012.6.19 提交报告时间2012.6.20实验目的：学习使用BLAST在数据库中搜索相似序列实验内容：使用NCBI上面的BLAST程序进行相似性序列搜索：1.把核酸序列利用BLASTN搜索相似核酸序列；2.把蛋白质序列对应的蛋白质利用BLASTP搜索相似蛋白质序列；3.把核酸序列利用BLAST搜索相似蛋白质序列并与BLASTP比较，体会差异：4.把蛋白质序列利用TBLASTN搜索相似核酸序列并与BLASTN比较，体会差异：5.把核酸序列利用TBLASTX搜索相似核酸序列并与BLASTN比较，体会差异。
作业：1. 找一条你感兴趣的核酸序列（可以是前面搜索到的同源核酸序列中任意一条），通过BLASTN搜索NR数据库，说明你的参数如何设置，分析搜索结果包含哪些信息。
答：使用的序列为：智人胰岛素（INS）>gi|297374822|ref|NM_001185098.1| Homo sapiens insulin (INS), transcript variant 3, mRNA。
Algorithm parameters设置如下：参数：Enter Query Sequence——NM_001185098Choose Search Set——Database: Nucleoctide collection(nr); Exclude: √Models(XM/XP),√Uncultured/environmental ample sequencesProgram Selection——Optimize fot: Highly similar sequences展开“Algorithm parameters”，依次设置：General Parameters——Max target sequence：100; Short queries：√; Expect threshold：10;Word size：28; Max matches in a query range:0Scoring Parameters——Matrix/Mismatch Scores:1,-2; Gap Costs: LinearFilters and Masking——Filter: √Low complexity regions; √Mask: mask for lookup table only搜索结果分析：使用智人胰岛素（INS）>gi|297374822|ref|NM_001185098.1| Homo sapiens insulin (INS), transcript variant 3, mRNA搜索NR数据库，搜索出100条符合条件的序列，序列来自的物种包括了Homo sapiens，Pan troglodytes，Gorilla gorilla，Pongo abelii，Pongo pygmaeus，Mus musculus等，其中根据得分高低排列，前7条序列如下所示：NM_001185098.1 Homo sapiens insulin (INS), transcript variant 3, mRNANM_001185097.1 Homo sapiens insulin (INS), transcript variant 2, mRNANM_000207.2 Homo sapiens insulin (INS), transcript variant 1, mRNANG_007114.1 Homo sapiens insulin (INS), RefSeqGene on chromosomeAC132217.15 Homo sapiens chromosome 11, clone RP11-889I17, complete sequenceBC005255.1 Homo sapiens insulin, mRNAJ00265.1 Human insulin gene, complete cds上述序列的“Max ident”均为100%或99%，且E-Value值很低，可见搜索出来的序列与QUERY序列匹配的相似度很高。
实验2 序列查询(Entrez)、BLAST序列相似性搜索
实验二：序列查询(Entrez)、BLAST序列相似性搜索实验目的：1.学会用Entrez系统查找目标序列2.学会使用BLAST在数据库中搜索相似序列3.学会分析数据库搜索结果实验内容：一、EntrezEntrez是一个由NCBI创建并维护的基于Web界面的综合生物信息数据库检索系统。
用户不仅可以方便地检索Genbank的核酸数据，还可以检索来自Genbank和其它数据库的蛋白质序列数据、基因组图谱数据、来自分子模型数据库(MMDB)的蛋白质三维结构数据、种群序列数据集、以及由PubMed获得Medline的文献数据。
网址：/Entrez/（或在NCBI主页默认All Databases时点击搜索框右边的Search进入）。
如Figure 2.1所示：Figure 2.1 entrez 检索系统子数据库点击搜索框右边的help按钮，即可进入Entrez帮助页面。
在搜索栏输入你要查找的关键词，点击“GO”即可开始搜索。
如果输入多个关键词，它们之间默认的是“与”（AND）的关系。
Ｔｉｐｓ：搜索的关键词可以是一个单词，短语，句子，数据库的识别号，基因名字等等，但必须明确，不能是“ｇｅｎｅ”， “ｐｒｏｔｅｉｎ”等没有明确指向的词语。
但“ｔｒａｎｓｃｒｉｐｔｉｏｎ ｆａｃｔｏｒ”这样有一定范围的词是可以接受的。
可以用你感兴趣的领域的专业术语，也可以是非专业术语，比如：ｈ１ｎ１，ｌｕｎｇ ｃａｎｃｅｒ，ａｌｂｉｎｉｓｍ； ｓｕｂｔｉｌｉｓｍ， ｐｅｒｏｘｉｄａｓｅ， ｍｙｏｇｌｏｂｉｎ。
输入关键词，点击“GO”之后，每个数据库图标前方出现了数字,代表的是在相对应的数据库里搜索到的条目数。
点击进入对应的数据库，可以查看搜索到的条目。
如果在数据库图标前面为灰色，显示“none”,说明在对应的数据库里没有搜索到任何结果。
也可以直接通过NCBI任一页面上的搜索栏进行Entrez搜索。
点击“search”后面的下拉菜单，选择数据库，在下面的文本框里输入关键词，点击“Search”即可(Figure 2.2)。
BLAST序列相似性检索
BLAST序列相似性检索<zt>序列类似性检索就是将新测定的核酸或蛋白质序列对核酸或蛋白质序列数据库进行检索，找出与之相似的序列，从而评判新测定的序列是重复别人的工作，还是在前人的基础上有所创新，或是发现了新的序列。
现在用于序列类似性检索的软件很多，下面主要介绍GenBank的序列类似性检索工具棗BLAST。
1. BLAST简介BLAST是Basic Local Alignment Search Tool的英文缩写，意即碱基局部对准检索工具，是一种序列类似性检索工具。
它采用统计学记分系统，能将真正配对的序列同随机产生的干扰序列区别开来；同时采用启发式算法系统，即采用的是局部对准算法(Local Alignment Algorithm)，而不是全序列对准算法(Global Alignment Algorithm)。
全序列对准算法是在检索结果中两个被比较序列所有片断均类似；而局部对准算法是找出两个被比较序列的“最类似”片断，并得出可能只包含两个序列的某个部分的对准结果。
在BLAST的基础上，NCBI又开发了BLAST 2.0、Gapped BLAST和PSI-BLAST。
BLAST 2.0•是一种新的BLAST 检索工具，它对BLAST作了改进，运行速度更快，灵敏度更高，同时具有Gapped BLAST和PSI-BLAST两种软件的新功能。
Gapped BLAST允许在对准的序列中引入空位(•碱基缺失或插入)，引入“空位”(Gaps)意味着在比较两个相关序列时不会出现中断(Break)现象。
这些空位对准的记分系统更能反映相关序列的类似程度。
PSI-BLAST的全称是Position-Specific •Iterated BLAST，意即特殊位置重复BLAST，它提供了自动、易用的概貌(Profile)检索，是查找序列同源(Sequence Homologues)的有效方法。
目前，PSI-BLAST•仅用于比较蛋白质查询序列与蛋白质数据库中的序列的类似程度。
BLAST数据库相似性搜索
BLAST数据库相似性搜索姓名________ 学号______________ 组号_____ 日期________年___月___日1.以人血红蛋白beta亚基（HBB_HUMAN）为检测序列，搜索Swiss-Prot数据库，找出灵长目动物（Primates）中与HBB_HUMAN序列相似性高于90%（Identity>90%）的beta珠蛋白（beta globin）。
2.以人血红蛋白alpha亚基（HBA_HUMAN）为检测序列，用BlastP搜索Swiss-Prot数据库，改变种子序列字长（Word size）和计分矩阵（Scoring matrix），找出人珠蛋白家族12个成员。
3.以人血红蛋白alpha亚基（HBA_HUMAN）为检测序列，用PSI-Blast搜索Swiss-Prot数据库，找出人珠蛋白家族成员脑红蛋白（Neuroglobin）。
4.以人血红蛋白alpha亚基（HBA_HUMAN）为检测序列，用DELTA-Blast搜索Swiss-Prot数据库，找出人珠蛋白家族成员脑红蛋白（Neuroglobin）。
5.以人血红蛋白alpha亚基（HBA_HUMAN）为检测序列，用tBlastN搜索RefSeq数据库中人珠蛋白家族mRNA序列，提取其编码区序列，进行多序列比对，分析结果。
6.以人血红蛋白alpha亚基（HBA_HUMAN）为检测序列，搜索RefSeq数据库中人、小鼠和大鼠三个物种珠蛋白家族mRNA序列，提取其编码区序列，进行多序列比对，分析结果。
7.查阅Blast网站帮助文档和相关文献，结合Blast算法，归纳总结Blast数据库相似性搜索的用法8.结合本人课题研究中的实例，说明Blast具体应用。
9.本地BLAST（选做题）1)下载玉米转录因子蛋白质序列和编码区核苷酸序列数据，构建本地BLAST数据库。
2)以拟南芥转录因子SPL3蛋白质序列为检索序列，用BlastP搜索玉米转录因子蛋白质序列中相似序列，用tBlastN搜索玉米转录因子编码区序列中相似序列，分析结果。
实验2 序列查询(Entrez)、BLAST序列相似性搜索
实验二：序列查询(Entrez)、BLAST序列相似性搜索实验目的：1.学会用Entrez系统查找目标序列2.学会使用BLAST在数据库中搜索相似序列3.学会分析数据库搜索结果实验内容：一、EntrezEntrez是一个由NCBI创建并维护的基于Web界面的综合生物信息数据库检索系统。
用户不仅可以方便地检索Genbank的核酸数据，还可以检索来自Genbank和其它数据库的蛋白质序列数据、基因组图谱数据、来自分子模型数据库(MMDB)的蛋白质三维结构数据、种群序列数据集、以及由PubMed获得Medline的文献数据。
网址：/Entrez/（或在NCBI主页默认All Databases时点击搜索框右边的Search进入）。
如Figure 2.1所示：Figure 2.1 entrez 检索系统子数据库点击搜索框右边的help按钮，即可进入Entrez帮助页面。
在搜索栏输入你要查找的关键词，点击“GO”即可开始搜索。
如果输入多个关键词，它们之间默认的是“与”（AND）的关系。
Ｔｉｐｓ：搜索的关键词可以是一个单词，短语，句子，数据库的识别号，基因名字等等，但必须明确，不能是“ｇｅｎｅ”， “ｐｒｏｔｅｉｎ”等没有明确指向的词语。
但“ｔｒａｎｓｃｒｉｐｔｉｏｎ ｆａｃｔｏｒ”这样有一定范围的词是可以接受的。
可以用你感兴趣的领域的专业术语，也可以是非专业术语，比如：ｈ１ｎ１，ｌｕｎｇ ｃａｎｃｅｒ，ａｌｂｉｎｉｓｍ； ｓｕｂｔｉｌｉｓｍ， ｐｅｒｏｘｉｄａｓｅ， ｍｙｏｇｌｏｂｉｎ。
输入关键词，点击“GO”之后，每个数据库图标前方出现了数字,代表的是在相对应的数据库里搜索到的条目数。
点击进入对应的数据库，可以查看搜索到的条目。
如果在数据库图标前面为灰色，显示“none”,说明在对应的数据库里没有搜索到任何结果。
也可以直接通过NCBI任一页面上的搜索栏进行Entrez搜索。
点击“search”后面的下拉菜单，选择数据库，在下面的文本框里输入关键词，点击“Search”即可(Figure 2.2)。
03序列相似性搜索1
Specialized BLAST servers
Organism-specific BLAST sites
/index.html
BLAST searching is fundamental to understanding the relatedness of any favorite query sequence to other known proteins or DNA sequences.
Applications include • identifying orthologs and paralogs • discovering new genes or proteins • discovering variants of genes or proteins • investigating expressed sequence tags (ESTs) • exploring protein structure and function
tblastx (translated BLAST)
Choose the BLAST program Program Input
1 blastn blastp blastx tblastn DNA DNA
Database 1
protein 6 DNA
protein protein
6
protein 36 DNA
filtering
Step 4b: optional formatting parameters
Alignment view Descriptions Alignments
program
query database taxonomy
taxonomy
时间序列相似性查询的研究与应用
时间序列相似性查询的研究与应用随着大数据时代的到来，时间序列数据的重要性逐渐凸显。
时间序列数据是指按照时间顺序排列的一组数据，例如股票价格、气温变化、心电图等。
时间序列相似性查询作为一种重要的数据分析技术，旨在寻找与查询样本相似的时间序列数据，从而揭示隐藏在数据背后的规律和趋势。
在各个领域的实际应用中，时间序列相似性查询已经发挥了重要的作用。
时间序列相似性查询的研究主要包括两个方面：相似性度量和相似性查询算法。
相似性度量是衡量两个时间序列数据之间相似程度的方法，常用的度量方法包括欧氏距离、曼哈顿距离、动态时间规整等。
相似性查询算法是根据相似性度量方法，对大规模时间序列数据进行高效查询的方法，常用的算法包括基于索引的查询、基于哈希的查询、基于树结构的查询等。
这些研究成果为时间序列数据的分析和挖掘提供了基础。
时间序列相似性查询在实际应用中具有广泛的应用前景。
首先，在金融领域，通过对历史股票价格的相似性查询，可以预测未来股票价格的走势，为投资者提供决策依据。
其次，在气象领域，通过对历史气温变化的相似性查询，可以预测未来天气的变化，为气象预报提供支持。
再次，在医疗领域，通过对心电图的相似性查询，可以诊断心脏疾病，为医生提供治疗方案。
另外，在工业生产领域，通过对传感器数据的相似性查询，可以提前预测设备故障，进行维护和修复，提高生产效率。
然而，时间序列相似性查询也面临一些挑战。
首先，大规模时间序列数据的查询效率是一个问题，传统的查询算法无法满足实时查询的需求。
其次，相似性度量方法的选择也是一个难题，不同领域的数据可能需要采用不同的度量方法。
此外，在多维时间序列数据的查询中，如何考虑多个维度之间的相似性也是一个研究方向。
总之，时间序列相似性查询作为一种重要的数据分析技术，在各个领域的实际应用中发挥了重要作用。
未来，我们需要进一步研究相似性度量方法和查询算法，提高查询效率和准确性，以更好地应对大数据时代的挑战。
生物序列的相似性搜索_blast简介和应用
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
3
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.
操作系统
硬件环境〔CPU
linux
sparc
macox
powerPC
solaris
ia32
irix
ia64
aix
amd64
hpux
mips
freebsd
alpha
win32
39
单机版的Blast使用〔三
3.获取Blast数据库 a.直接从ncbi下载
b.用Blast程序包提供的formatdb工具自己格 式化序列数据成数据库. 假设有一序列数据〔sequence.fa,多序列,fasta格 式,欲自己做成Blast数据库,典型的命令如下：
40
单机版的Blast使用〔四
核酸序列： $ ./formatdb –i sequence.fa –p F –o T/F –n
db_name 蛋白序列： $ ./formatdb –i sequence.fa –p T –o T/F –n
db_name
41
单机版的Blast使用〔五
4.执行Blast比对 获得了单机版的Blast程序,解压开以后,如 果有了相应的数据库〔db,那么就可以开始 执行Blast分析了. 单机版的Blast程序包,把基本的blast分析, 包括blastn,blastp,blastx等都整合到了 blastall一个程序里面.
序列相似性
序列相似性序列相似性是表明两个序列在结构和空间上的相似程度的一个概念，它在许多领域有着广泛的用途，如生物信息学，语音识别，自然语言处理，算法应用，地理信息系统和统计学等等。
序列相似性可以用来比较两个序列，并通过检测两个序列中重复出现的字符或模式来测量它们之间的相似程度。
在生物信息学中，序列相似性被用于比较基因，蛋白质，DNA等序列之间的相似性，以提高构基因组学研究的效率。
序列相似性分析常常使用度量距离（measurement distance）或相关度（correlation）来判断两个序列之间的相似程度。
其中，度量距离依赖于两者之间的相似性，它用于度量两个序列之间的编辑距离，它可以用替换，插入或删除操作来表示，基于此，可以推导出编辑距离的最小值。
另一方面，相关度可以用来比较两个序列之间的相似度，例如，可以用欧氏距离来衡量两个向量之间的距离，所得的结果可用来判断两个序列之间的相似程度。
序列相似性分析有两个主要步骤：特征提取和模式比较。
第一步，即特征提取，是把序列转换成特征向量，并且把这些特征向量用于模式比较。
第二步，模式比较，则是把两个特征向量进行比较，以确定相似程度。
常用的序列相似性方法有基于概率模型的方法，如HMM（隐马尔可夫模型）和RNA分析，也有基于模式匹配的方法，如Smith-Waterman 算法和Needleman-Wunsch算法。
HMM主要用于生物信息学，它能够比较某一特定基因，核酸或蛋白质序列的不同状态间的相似性。
RNA分析则用于检测序列中的编码功能蛋白质的基因组。
Smith-Waterman 算法和Needleman-Wunsch算法是基于模式匹配技术的序列相似性分析方法，它们分别用于检测DNA序列的相似性和蛋白质序列的相似性。
序列相似性分析的应用非常广泛，如果能够准确测量两者序列之间的相似程度，就可以极大地提高生物信息学和蛋白质结构分析的效率。
此外，序列相似性分析也可以用于人工智能、自然语言处理、机器学习和模式识别等领域，从而帮助提高这些领域的研究效率。
BLAST序列比对与生物医学文献检索_丁六松
NCBI 的 GenBank 基本检索系统是 Entrez。 Entrez 检索系统 包含的数据库有 PUBMED 、核苷酸数据库(Nucleotide)、蛋白质数 据库(Protei n)等 。
先在 GenBank 主页(网址是:http:// www .ncbi.nlm /
Dig ital Diffe rential Display .C ancer Res, 2000, 5 李衍达 , 孙之荣译 .生物信息学 .北京 :清华大学出版社 , 2000
(责编 :钧王京)
75
杭州出版社 , 2003 3 Zhang Yuw ei , Lai Maode, Gu Xuemei , et al .Reg IV , a differentially ex pressed
gene in colorec tal adenom a.C hinese Medical Journal , 2003, 116 , (in press). 4 Scheurle D, DeYoung MP , Binninger DM , et al .C ancer Gene Discov ery Using
现在生物医学的研究已离不开基因及其蛋白质, 而对于基因 相关的文献检索 , 这些数据库已成为首选和必查内容 。 由于生物 信息学相关的数据库是一种介于一次文献和二次文献之间的新 型数据库, 对它们的利用有以往二次文献数据库(如 MEDLIN E、 EI 、CA 、 BA 等)检索所不及的几项优点:a.及时 、预先地查询未发 表的资料;b .序列的比对与检索确保满意的查准率和查全率 ;c.对 其中的数据进行分析 、对比、运算本身就是解开生命奥秘的科学 前沿研 究 ;d .许多 数据 库的利 用和 有 关程 序的 结 合 可以 代 替 部分 实验研究和指导后续研究(如电子 PCR, 电子克隆、电子 NOTHERN 、数字化差异表达), 被称为虚拟实验室。
实验二_数据库相似性搜索与序列比对
实验二数据库相似性搜索与序列比对实验原理：数据库相似性搜索以两两序列比对为基础，将感兴趣的基因序列与序列数据库中的每个序列进行比较，鉴别出相似的序列。
搜索结果显示出与最佳匹配序列的对位排列及匹配记分。
序列数据库搜索对发现基因的功能非常有效。
FASTA和BLAST是两个著名的用于数据库相似性搜索的软件包。
其中BLAST（Basic Local A1ignment Search Tool）基于局部比对的搜索工具，是一种启发式搜索算法服务软件，包括BLASTP，BLASTN，BLASTX，TBLASTN 和TBLASTX程序。
实验目的与要求：学习数据库相似性检索和序列比对的程序的使用，能够理解程序给出的结果，从中获取有关功能和结构的信息。
（1）要求学生运用已经学习过的数据库检索方法在数据库中检索特定的基因（2）掌握数据库相似性搜索工具BLAST的基本比对方法，参数设置及结果分析（3）掌握核酸和蛋白质两序列比对方法、参数设置及结果分析实验材料：未知核酸序列；未知氨基酸序列；SOD基因工具软件：（1）数据库检索工具ENTREZ（2）数据库相似性搜索工具BLAST （/blast）（3）两序列比对工具Align two sequences (bl2seq)一、利用BLAST中的Special类下的Align two sequences (bl2seq) 比较人与老鼠的SOD 基因蛋白质序列的相似性程度（1）利用NCBI的ENTREZ检索蛋白质数据库获得人AAB27818.1和老鼠3GTT_E的SOD 基因氨基酸序列或者登录号（SOD分为SOD1或SOD2等，注意检索时选择完全相同的SOD基因）（2）进入NCBI 的BLAST 网页，选择Specialized BLAST下的Align two sequences(bl2seq)程序进行两序列比对（3）选择blastp子程序，将序列或登录号分别粘贴到序列框中（4）其他选项采用默认的设置，运行程序（5）分析结果，并回答以下问题在NCBI的ENTREZ检索中使用的关键词是什么？Human and sod mouse and sod人和老鼠的SOD 基因的蛋白质序列的登录号分别是？人AAB27818.1和老鼠3GTT_E两序列比对得到的一致性百分比和相似性百分比分别为多少？Identities127/153(83%)Positives135/153(88%)两序列比对结果中哪些区域出现了gap?Gaps0/153(0%)二、利用SPECIELIZED BLAST的Conserved Domain进行蛋白质保守结构域分析（1）进入NCBI 的BLAST 网页（2）选择Specialized BLAST下的Conserved Domain超链接进入（3）在Cazy数据库查找一个糖苷水解酶Glycoside Hydrolases（GH+学号），获得其蛋白质序列或蛋白质序列的Genbank登录号AEK59386.1（4）将糖苷水解酶的登录号或蛋白质输入到Conserved Domain页面的输入框内(5) 参数选择默认即可，点击submit提交进行分析（6）阅读得到的结果，点击各HIT的超链接了解找到的结构域的功能（7）将结构域图形和表格记录在实验报告中三、利用BLAST在数据库中搜索不同物种的同源基因Actinosynnema mirum DSM 43827, complete genome（1）利用文献检索工具检索Clostridium thermocellum嗜热梭菌与其纤维素降解功能相关的基因，例如糖苷水解酶Glycoside Hydrolases（GH+学号）或多糖裂解酶Polysaccharide Lyases(PLs)或碳水化合物酯酶Carbohydrate Esterases (CEs)等（2）利用NCBI的ENTREZ检索该基因获得其核酸序列AB125373或者利用（二）中的蛋白质登录号在ncbi数据库中通过related information链接到核酸数据库，获得该基因的核酸登录号或序列（3）利用BLASTn进行数据库相似性搜索搜索其他微生物中的同源基因（4）分析BLAST结果，并回答以下问题检索获得基因名称是？chi19-1该基因的登录号是多少？AB125373进行BLASTn搜索的数据库选项为？nr请列举3-5个具有该基因的同源基因的其他微生物及其同源基因的登录号？Streptomyces griseus subsp. griseus NBRC 13350 DNA, complete genomeAP009493.1Streptomyces griseus gene for chitinase C, complete cds AB009289.1Amycolatopsismediterranei U32, complete genomeCP002000.1Amycolatopsis mediterranei RB, complete genomeCP003777.1Streptomyces sp. Mg1, complete genome CP011664.1。
序列数据相似度计算
序列数据相似度计算（原创版）目录1.序列数据相似度计算的背景和意义2.序列数据相似度计算的方法3.常用的序列数据相似度计算工具和应用4.序列数据相似度计算的挑战和未来发展正文1.序列数据相似度计算的背景和意义序列数据相似度计算是计算机科学、信息处理和数据挖掘领域的一个重要研究方向。
在实际应用中，我们常常需要对序列数据进行相似度计算，以找出具有相似特征的数据序列。
序列数据相似度计算可以帮助我们更好地理解和分析数据，为生物学、语言学、推荐系统等领域提供有力支持。
2.序列数据相似度计算的方法序列数据相似度计算的方法主要分为以下几类：（1）基于长度的相似度计算方法：这类方法主要根据序列的长度来衡量相似度，如 Pearson 相关系数、Jaccard 相似系数等。
（2）基于统计的相似度计算方法：这类方法主要通过统计序列中字符或碱基的出现频率、分布情况等来计算相似度，如 Kolmogorov-Smirnov 统计检验、Good-Turing 估计等。
（3）基于模型的相似度计算方法：这类方法通过建立数学模型来描述序列的生成过程，从而计算相似度，如隐马尔可夫模型（HMM）、条件随机场（CRF）等。
（4）基于深度学习的相似度计算方法：这类方法利用深度神经网络学习序列数据的特征表示，然后计算特征之间的相似度，如序列到序列（Seq2Seq）模型、卷积神经网络（CNN）等。
3.常用的序列数据相似度计算工具和应用在实际应用中，有许多开源工具和库可以用于序列数据相似度计算，如 BLAST（生物信息学领域的比对工具）、DNAMAN（用于核酸序列比对和分析的软件）、TensorFlow（用于深度学习模型开发的开源库）等。
这些工具和库在不同领域的序列数据相似度计算中发挥着重要作用。
4.序列数据相似度计算的挑战和未来发展尽管序列数据相似度计算已经取得了显著的进展，但仍面临着许多挑战，如处理长序列时的计算复杂度、模型的泛化能力、多模态序列数据的融合等。
面向生物信息学的序列相似性搜索算法研究
面向生物信息学的序列相似性搜索算法研究序列相似性搜索算法在生物信息学研究中具有重要的应用价值。
直接将生物序列全部比对的复杂度很大，因此需要一些列较为精确、高效且适应性强的搜索算法。
一、相似性搜索算法简介序列相似性搜索算法是将两个生物序列进行比对，找出其中相似区域的算法。
其可以通过基于词语的方法、像滑动窗口、前缀树和哈希等方法进行搜索。
Bowtie算法是一种常用的基于词语的算法。
其可以在快速比对基因组来自DNA测序的短读（Reads）时得到高效的应用。
由于比对是一个重复性很高的过程，因此许多算法都采用了索引的策略。
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二、基于编辑距离的算法编辑距离指的是两个序列之间由一个变为另一个所需的最少编辑操作次数。
编辑操作包括插入一个字符、删除一个字符或将一个字符替换为另一个字符。
常用的基于编辑距离的算法有Smith-Waterman算法和Needleman-Wunsch算法。
这两种算法同属动态规划算法，可以用来发现两个序列的局部相似区域和全局相似区域，不过Smith-Waterman算法是针对局部相似性而设计，而Needleman-Wunsch算法能够用于全局比对。
三、BLAST算法BLAST算法是一种比对算法家族，能够用于比对两个序列之间的相似度。
BLAST的全称是“Basic Local Alignment Search Tool”，大致意思是基于局部比对的搜索工具，而全称中fast意味着BLAST是一种快速算法。
BLAST算法通常分为基于蛋白质序列的BLASTP和基于核酸序列的BLASTN 两个版本。
BLAST算法通过对查询序列和库序列进行预处理，可以快速地检索数据库中与查询序列相似的序列。
BLAST算法速度快的同时，由于其使用了较少的匹配信息，可能会导致错误的比对结果。
因此在一些特定要求较高的任务中应该考虑使用其它算法。
四、结合多个算法的比对策略考虑到每个算法都有自身的优点和局限性，我们可以采用一些结合多个算法的比对策略。
第四章 序列相似性搜索工具blast
“The central idea of the BLAST algorithm is to confine attention to segment pairs that contain a word pair of length w with a score of at least T.”
Altschul et al. (1990)
KENFDKARFSGTWYAMAKKDPEG 50 RBP (query) MKGLDIQKVAGTWYSLAMAASD. 44 lactoglobulin (hit)
extend
Hit!
extend
How a BLAST search works: 3 phases
Phase 3: In the original (1990) implementation of BLAST, hits were extended in either direction.
一、 BLAST 简介
BLAST程序是目前最常用的基于局部相似性的数据库 搜索程序，它们都基于查找完全匹配的短小序列片段， 并将它们延伸得到较长的相似性匹配。它们的优势在 于可以在普通的计算机系统上运行，而不必依赖计算 机硬件系统而解决运行速度问题。
BLAST数据库搜索策略
BLAST仅通过部分而不是全 部序列计算最适联配值 ——赢得搜索速度
5’ GTG GGT 5’ TGG GTA 5’ GGG TAG
TWO ASPECTS OF BLAST
BLAST ALGORITHM
Word Hit Heuristic
BLAST STATISTCS
Karlin-Altschul statistics: a general theory of alignment statistics Applicability goes well beyond BLAST
基于氨基酸序列的结构相似性检索方法的改进
基于氨基酸序列的结构相似性检索方法的改进近年来，随着生物信息学的快速发展，越来越多的氨基酸序列数据被大规模地产生。
为了更好地理解蛋白质的结构、功能、进化和相互作用，必须研究如何在这些数据中自动检索出相似的氨基酸序列，以便进一步进行结构和功能分析。
而基于氨基酸序列的结构相似性检索方法就是实现这一目标的有效途径之一。
目前，基于氨基酸序列的结构相似性检索方法主要可以分为两种：一种是基于模板匹配的方法，另一种是基于序列比对的方法。
前者需要指定一个已知的蛋白质结构作为模板，然后将未知蛋白质的氨基酸序列与该模板进行比对，从而预测未知蛋白质的结构。
后者则采用计算机程序将两个或多个氨基酸序列进行比对，通过比对得分来评估它们的相似性。
这两种方法各有优缺点，而在实际应用中，基于模板匹配的方法因为需要已知结构的蛋白质，适用范围受到限制。
因此，基于序列比对的方法应用更为广泛。
然而，基于序列比对的方法也存在一些局限性：一方面，序列比对需要寻找相似的片段，并且所比对的序列长度、序列特征和学习算法等都会影响比对的准确性。
另一方面，氨基酸序列本身是非常丰富的信息载体，但序列比对仅能在有限的角度上考虑序列的信息，可能会忽略一些重要的生物信息，如拓扑结构、残基构象和互作方式等。
近年来，科学家们在氨基酸序列相似性检索方法的研究中取得了一些突破性进展。
首先，利用机器学习算法，可以将各种生物信息（如序列、结构和功能等）编码成特征向量，并对这些向量进行比对。
这样，即使蛋白质结构不同，但它们仍然可能在某些方面具有相似性。
此外，一些新兴的算法和方法，如深度学习和人工神经网络，也正在被广泛地用于氨基酸序列相似性检索的研究中，从而提高了比对的精度和召回率。
除了算法和方法的改进外，科学家们还在不断地创新基于氨基酸序列的结构相似性检索方法。
例如，近年来流行的标准化氨基酸序列比对算法，就能够将蛋白质序列信息转化为一系列标准化的数字特征，更直观地展现序列的相似性，从而提高了比对的准确性。
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序列相似性检索
• Blast是为从相同和不同的有机体中，提供 对比核酸或蛋白质序列，寻找相似性序列片 断的工具。
• 通过寻找不同基因的相同序列片段，可以推 断最新测定的基因功能、预测基因家族的新 成员、探索基因的进化关系，预测蛋白质代 码和翻译产物的功能和定位。
2020/3/1
2020/3/1
点击“BLAST”后，进入该命令的主 界面，然后在“Nucleotide”栏中点 击“BLASTn”
进入nucleotide – nucleotide BLAST界面，将获得的DNA序列 粘贴到“Search”所对应的方框中， 随后根据需要在“Options”和 “Format”栏中对相关参数进行选择。 一般都可以不变。随后点击 “BLAST！”
基因组对比
基本对比 选择对比程序
特殊对比
2020/3/1
将序列数据 库中的复制 序列在此粘
贴
序列对比报告
对比资源 类似性图谱
2020/3/1
复旦大学图书馆文献检索教研室
数据库标识符 对比积分报告
基因定义
类似性积分
2020/3/1
复旦大学图书馆文献检索教研室
E值为匹配期 望值。说明可 以找到与搜索 序列相匹配的 其它序列的几 率。E值越接 近零，越不可 能找到其它的 匹配序列，其 背后的含义就 是E值越少， 匹配度越好
点击可得待检序列与库存 序列对排
单基因库
基因信息库
基因表达库链接
2020/3/1
复旦大学图书馆文献检索教研室
2020/3/1
人类染色体上的抗肿瘤基 因序列对排表
序列对排报告
对排序列 不一致处
2020/3/1
GenBank数据库中的两个序列比对实例
进入NCBI （/)
基于ClustalX的多重序列比对实例
ClustalX是Clustal多重序列比对程序的 Windows版本。它为进行多重序列比 对和分析结果提供一个整体的环境。
1．序列格式 序列利用菜单文件输入， 所有的序列必须放到一个文件中，文 件格式可以是*.txt格式，如现有6种序 列在一个文件中的输入格式上图 2．序列载入 打开软件界面中的文件 栏，点击“载入序列”，将文件载入 ClustalX中。 3．运行“完全比对”，得到的结果下图
序列比对的作用
1 分析功能 2 分析物种进化 3 检测突变、插入或缺失 4 序列延长 5 序列定位 6 预测基因功能
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由核酸序列分析得到的信息
序列同源性分析
核酸序列
序列结构分析
聚类分析
染色体定位 同源核酸序列
外显子信息 启动子信息 转录子信息
重复序列分析
限制性酶切图谱
开放阅读框
进化关系
系统发育
5第三讲 序列的分析与来自似性搜索序列分析的意义
生物信息主要以基因的形式存在于DNA分子中，表现 为DNA分子上不同的核苷酸顺序。如果核苷酸的排列顺序发 生改变，那么它代表的生物学意义可能也会随之改变。因此， 测定DNA分子中的核苷酸排列顺序是生物学研究的基本内容 之一。核算序列分析方法，对于揭示基因组数据的生物学意 义、研究基因的结构和功能、揭示生命的奥秘具有十分重要 的意义
进入Format界面，点击“Format！”
得到比对的结果如左图
第四讲
多序列对位排列分析
主要应用于分析基因或蛋白质的进化
通过分析多个基因或蛋白质序列之间的同源性 确定它们在进化上的关系
分析基因家族中新成员的翻译起始位点和内含 子（预测的氨基酸序列的对位排列分析）
分析基因或蛋白质的功能
Internet 上的许多网站具有ClustalW分析软件
可以下载
对要分析的序列的输入格式有要求，FASTA （Pearson）格式
>sequence 1 A…TT…GCAGTTCGCA >sequence 2 A…TAGCACATCGCA…
分析方法（举例） 在Swiss Institute Bioinformatics（SIB）的EXPSY 分析主页（http://www.expasy.ch）的“Tools and software package” 栏目中点击“Alignment”
注：“*”代表各序列碱基完全匹配，“*” 越多表示序列同源性越高，“－”代表 空位
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1. 多序列对位排列分析 （multiple sequence alignment)
两条以上序列的对位排列分析
反转录转座子的反转录酶序列片段
核苷酸序列或氨基酸序列 可以发现保守的结构域（重要功能位点？） 多序列排列时允许插入空位
ClustalW：目前公认的的最好的进行 Multiple sequence alignment 的方法之一
在“Alignment” 网页的Sequence alignment－ Multiple－CLUSTALW栏目中选择“My Hits”网 站
在ClustalW网页粘贴序列，点击“align”
多序列对位排列结果
点击“Optional output formats”中的“clustalw (aln)获得文本格式的排列结果
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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， 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；
序列比对的其他应用与实 际操作
1. DNA的碱基组成分析 2. 限制性核酸内切酶酶切位点分析 3. 核酸序列的检索与比较 4. 序列的数据库检索 5. 多重序列比
序列相似性检索
• Basic Local Alignment Search Tool
• 是核酸和蛋白质序列的局部对准相似 性检索工具。