生物信息学_多序列比对

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1、多序列比对(MultipleAlignments)分析多个序列的一致序列,识别蛋白质家族的序列模式辅助预测新序列的二级或三级结构,相似的蛋白质序列往往具有相似的结构与功能PCR引物设计用于进化分析，是用系统发育方法构建进化树的初使步骤,寻找同源基因我们为什么做多序列比对?一个多序列比对例子VTISCTGSSSNIGAG-NHVKWYQQLPGVTISCTGTSSNIGS--ITVNWYQQLPGLRLSCSSSGFIFSS--YAMYWVRQAPGLSLTCTVSGTSFDD--YYSTWVRQPPGPEVTCVVVDVSHEDPQVKFNWYVDG--ATLVCLISDFYP

2、GA--VTVAWKADS--AALGCLVKDYFPEP--VTVSWNSG---VSLTCLVKGFYPSD--IAVEWWSNG--多序列比对与进化研究例子图中NYLS为树根多序列比对方法全局序列比对动态规划算法(DynamicProgrammingAlgorithm)分而治之方法(DivideandConquerMethods)SP方法(SumofPairsMethods)累进方法(ProgressiveMethods)迭代方法(IterativeMethods)遗传算法(GeneticAlgorithms)局部序列比对概形分析(ProfileAnalysis)区块分析

3、(BlockAnalysis)统计学方法(StatisticalMethods）多序列比对总体思路在多序列比对前要考虑的问题比对的优劣与序列条数正相关避免在比对中包括相似度差异过大的序列每个亚群应分别先比对，然后再整体比对全局序列比对动态规划算法(DynamicProgrammingAlgorithm)分而治之方法(DivideandConquerMethods)SP方法(SumofPairsMethods)累进方法(ProgressiveMethods)迭代方法(IterativeMethods)遗传算法(GeneticAlgorithms)序列长度为n的双序列比对n2比对比

4、对数目成指数增长例如：序列长度为n，序列数为N的多序列　　　　比对数目是nN对于数目较少且较短的序列来说都不切实际动态规划算法(DynamicProgramming)Sequence1Sequence2Sequence3多维的动态规划算法分而治之(DivideandConquer,DCA)方法(Stoye,etal,1997)将MSA的空间复杂度减小DCA在线MSAhttp://bioweb.pasteur.fr/seqanal/interfaces/dca-simple.html分而治之方法Soineffect…Sequence1Sequence2Sequence3SP(Su

5、mofPairs)方法为了找到最佳比对，并解决解决动态规则算法的计算复杂问题，Carrillo&Lipman(1988)建立了SP(SumofPairs)方法SP方法通过对一个随机数据矩阵中氨基酸对的所有可能组合的记分求和来获得矩阵记分SP方法例子使用BLOSUM62矩阵,空位罚分为-8在第一列,有三种两两比对组合方式：-,S-,SS,S每一列有k(k-1)/2个双序列比对-IKSIKSSE-8-8+4=-12计算所有双序列比对的分数用这些分数构建进化树基于进化树计算双序列比对权重基于进化树构建一个启发式多序列比对(HeuristicAlignment)计算每一对双序列比对的最

6、大权重ε计算比对的空间位置以达到最佳比对完成最佳比对输出与最大权重ε比较所获得的ε慢且消耗大量内存最大可以比对8-9个长约250的氨基酸残基基于SP方法的MSA程序•针对基于动态规划算法的MSA程序比对序列数目有限，Feng&Doolittle(1987)发明了累进算法•主要思想:通过双序列比对构建进化关系,并通过这种关系来构建序列比对•CLUSTAL和PILEUP是目前常用的基于累进算法的比对软件•CLUSTAL是免费软件,目前应用非常广泛。分为基于文本的CLUSTALW和图形用户界面的CLUSTALXhttp://www-igbmc.u-strasbg.fr/BioInfo

7、/ClustalX/Top.html•T-Coffee是一种新的基于CLUSTAL的程序，它在比对关系较远的系列上较CLUSTAL更具优势，但速度较CLUSTAL要慢累进算法(ProgressiveMethods)1对所有序列做双序列比对，构建距离矩阵计算相似性分数值2基于双序列距离矩阵，构建一个进化树ScerCeleDmelMouseHuman3依据进化树进行渐进比对•依据进化树，开始对关系较近的序列进行两两比对•逐渐加入关系较远的序列进行比对•构建多序列比对Multiplealignme