《序列比对》PPT课件

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1、第五章序列比对2021/9/2BIOINFORMATICS1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Smith-Waterman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。2021/9/2BIOINFORMATICS数理与生物工程学院2序列比较是生物信息学中最基本、最重要的操作，通过序列比较可以发现生物序列中的功能、结构和进化的

2、信息。序列比较的根本任务是：通过比较生物分子序列，发现它们的相似性，找出序列之间共同的区域，同时辨别序列之间的差异。2021/9/2BIOINFORMATICS数理与生物工程学院3在分子生物学中，DNA或蛋白质的相似性是多方面的，可能是核酸或氨基酸序列的相似，可能是结构的相似，也可能是功能的相似。研究序列相似性的目的之一是，通过相似的序列得到相似的结构或相似的功能。通过比较未知序列与已知序列（尤其是功能和结构已知的序列）之间的相似性，可以很容易地预测未知序列的功能。2021/9/2BIOINFORMATICS数理与生物工程学院4这种方法在大多数情况下是成功的，当然，也存在着这样

3、的情况，即两条序列几乎没有相似之处，但分子却折叠成相同的空间形状，并具有相同的功能。这里先不考虑空间结构或功能的相似性，仅研究序列的相似性。研究序列相似性的另一个目的是通过序列的相似性，判别序列之间的同源性，推测序列之间的进化关系。2021/9/2BIOINFORMATICS数理与生物工程学院5序列比较可以分为4种情况：(1)、假设有两条长度相近的、来自同一个字母表的序列，它们之间非常相似，仅仅有一些细微的差别，例如字符的插入、字符的删除和字符替换，要求找出这两条序列的差别。这种操作实际应用比较多，例如，有两个实验室同时测定某个基因的DNA序列，其结果可能不一样，需要通过序列比

4、较来比较实验结果。2021/9/2BIOINFORMATICS数理与生物工程学院6(2)、假设有两条序列，要求判断是否有一条序列的前缀与另一条序列的后缀相似，如果是，则分别取出前缀和后缀。该操作常用于大规模DNA测序中序列片段的组装。(3)、假设有两条序列，要求判断其中的一条序列是否是另一条序列的子序列。这种操作常用于搜索特定的序列模式。(4)、假设有两条序列，要求判断这两条序列中是否有非常相似的子序列。这种操作可用于分析保守序列。2021/9/2BIOINFORMATICS数理与生物工程学院7当然，进行序列比较时，往往还需要说明是采取全局比较，还是采取局部比较。全局比较是比较

5、两条完整的序列，而局部比较是找出最大相似的子序列。本章着重介绍通用的序列比较方法。了解序列比较的原理对于正确、合理、灵活地使用相关生物信息学资源和软件有重要的指导意义。2021/9/2BIOINFORMATICS数理与生物工程学院8§5.1序列的相似性5.1.1几个基本概念序列的相似性可以是定量的数值，也可以是定性的描述。相似度是一个数值，反映两条序列的相似程度。关于两条序列之间的关系，有许多名词，如相同、相似、同源、同功、直系同源、并系同源等。2021/9/2BIOINFORMATICS数理与生物工程学院9在很多时候，往往通过一个简单序列相似性的比较就可以对未知序列进行初步的

6、功能预测，为后续实验确定初步的研究方向。本节将主要讲述如何采用生物信息学技术对核酸序列进行较为全面的分析。2021/9/2BIOINFORMATICS数理与生物工程学院10在进行序列比较时经常使用“同源”(homology)和“相似”(similarity)这两个概念，这是两个经常容易被混淆的不同概念。两条序列同源是指它们具有共同的祖先。在这个意义上，无所谓同源的程度，两条序列要么同源，要么不同源。而相似则是有程度的差别，如两条序列的相似程度达到30％或60％。2021/9/2BIOINFORMATICS数理与生物工程学院11一般来说，相似性很高的两条序列往往具有同源关系；但也

7、有例外，即两条序列的相似性很高，但它们可能并不是同源序列，这两条序列的相似性可能是由随机因素所产生的，这在进化上称为“趋同”（convergence)，这样一对序列可称为同功序列。直系同源(orthologous)序列是来自于不同种属的同源序列，而并系同源(paralogous)序列则是来自于同一种属的序列，它是由进化过程中的序列复制而产生的。2021/9/2BIOINFORMATICS数理与生物工程学院125.1.2点标方法分析两序列间的相似性点标（dotplot）是两序列对位排列中最基本