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
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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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。 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。
详细的比对上的序列的排列情况
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一个具体的例子（blastp）
假设以下为一未知蛋白序列
>query_seq MSDNGPQSNQRSAPRITFGGPTDSTDNNQNGGRNGARPKQRRPQGLPNNTASWFT ALTQHGKEELRFPRGQGVPINTNSGPDDQIGYYRRATRRVRGGDGKMKELSPRW YFYYLGTGPEASLPYGANKEGIVWVATEGALNTPKDHIGTRNPNNNAATVLQLPQ GTTLPKGFYAEGSRGGSQASSRSSSRSRGNSRNSTPGSSRGNSPARMASGGGETAL ALLLLDRLNQLESKVSGKGQQQQGQTVTKKSAAEASKKPRQKRTATKQYNVTQA FGRRGPEQTQGNFGDQDLIRQGTDYKHWPQIAQFAPSASAFFGMSRIGMEVTPSGT WLTYHGAIKLDDKDPQFKDNVILLNKHIDAYKTFPPTEPKKDKKKKTDEAQPLPQ RQKKQPTVTLLPAADMDDFSRQLQNSMSGASADST QA
aix
hpux
freebsd win32
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单机版的Blast使用（三）
3.获取Blast数据库 a.直接从ncbi下载 ftp://ftp.ncbi.nlm.nih.gov/blast/db/ 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：
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。
也可以选择tblastn
作为演示， 我们这里选blastp
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分析过程（二）
3.填入序列（copy＋paste） Fasta格式，或者纯序列 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。 我们选上
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。
我们通过blast搜索来获取一些这个序列 的信息。
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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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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
生物序列的相似性搜索
－blast简介及其应用
2005年3月
生物信息学常见的应用与软件
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
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内容提要
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
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 以往的比对结果等
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Blast任务提交表单（一）
1.序列信息部分
序列范围 （默认全部）
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
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Blast相关的问题
怎么获得blast服务,怎么使用的问题？
为什么使用blast，可以获得什么样的信息？ 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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两种版本的Blast比较（一）
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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两种版本的Blast比较（二）
下表列出了主要的blast程序。
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主要的blast程序
程序名 Blastn Blastp Blastx Tblastn TBlastx 查询序列 核酸 蛋白质 核酸 蛋白质 核酸 数据库 核酸 蛋白质 蛋白质 核酸 核酸 搜索方法 核酸序列搜索逐一核酸数据库中的序列 蛋白质序列搜索逐一蛋白质数据库中的序 列 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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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；
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下载正确的Blast程序包
blast:在本地运行的blast程序包
wwwblast:在本地服务器建立blast服务
的网站
netblast:blast的客户端程序，直接链接
至NCBI的BLAST服务器，使用BLAST服 务，不需浏览器。
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下载正确的Blast程序包
Blast程序包的名字上还包括了该程序包运行的硬 件和操作系统环境： 操作系统 硬件环境（CPU） linux sparc macox powerPC solaris ia32 irix ia64 amd64 mips alpha
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Blast任务提交表单（二）
2.设置各种参数部分
设置搜索的范围，entrez关键词， 或者选择特定物种
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
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Blast任务提交表单（三）
3.设置结果输出显示格式 E值范围 选择需要显示的选项 以及显示的文件格式 显示数目 Alignment的显 示方式
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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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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。
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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
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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。
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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。
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Blast程序评价序列相似性的两个数据
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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Blast结果给出的信息
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。
筛选结果
Hale Waihona Puke Baidu
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
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结果页面（一）
图形示意结果
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结果页面（二）
目标序列描述部分
带有genbank的链接，点击可以进入 相应的genbank序列
匹配情况，分值，e值
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结果页面（三）
匹配序列列表
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分析过程（八）
具体匹配情况
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单机版的Blast使用（一）
为什么使用单机版的Blast？ 1.特殊的数据库要求。 2.涉及序列的隐私与价值。 3.批量处理 4.其他原因？？
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单机版的Blast使用（二）
单机版Blast的基本操作过程 1.下载单机版的Blast程序 ftp://ftp.ncbi.nlm.nih.gov/blast/executables/ 目录下，下载对应的操作系统版本。 2.解压程序包(blast-2.28-ia32-linux.tar.gz) 命令是: $ tar zxvf blast-2.28-ia32-linux.tar.gz
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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
打分矩阵
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分析过程（四）
8.输出格式选项保持 默认值
9.点击开始搜索
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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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分析过程（六）
图形结果
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分析过程（七）