KEGG數(shù)據(jù)庫中文教程

1、博奧生物有限公司生物芯片北京國家工程研究中心北京市昌平區(qū)生命科學園路18 號郵編： 102206電話： 86-10-80726868傳真： 86-10-80726898網(wǎng)址： KEGG 數(shù)據(jù)庫中文教程博奧生物有限公司生物芯片北京國家工程研究中心北京市昌平區(qū)生命科學園路18 號郵編： 102206電話： 86-10-80726868傳真： 86-10-80726898網(wǎng)址： 快速導航1. 這篇教程介紹了什么？2. KEGG 數(shù)據(jù)庫里面有什么？3. 我如何查詢某一特定的代謝途徑(pathway) 的信息，例如 Glycolysis / Gluconeogenesis?4. 我如何查詢某一化合物的信

2、息,例如 Pyruvate?5. 我如何查詢 Pyruvate 涉及了哪些生化反應 ?6. 我如何查詢某一基因的信息,例如 gltA ?7. 我如何知道 Bacillus subtilis 是否有 gltA?8. 我如何查詢 gltA 在其他物種中的同源基因?9. 我如何列出某一代謝途徑中涉及的所有的酶？例如cytrate cycle pathway （ TCA 循環(huán)）10. 我如何知道人類的 cytrate cycle 中 pyruvate carboxylase 這種酶有多少化合物與其發(fā)生相互作用？11. 我如何查詢?nèi)祟愑蒀itrate 生成 Acetyl-CoA 的可能步驟？12. 我有

3、一條未知的序列，如何查詢KEGG 數(shù)據(jù)庫中是否有基因或酶與其對應?博奧生物有限公司生物芯片北京國家工程研究中心北京市昌平區(qū)生命科學園路18 號郵編： 102206電話： 86-10-80726868傳真： 86-10-80726898網(wǎng)址： 一. 簡介代謝 (Metabolism) 是指 細胞 內(nèi)發(fā) 生的 各種 化學 反 應的 總稱 。一 個代 謝途 徑（ Metabolic pathway ）包括一系列互相聯(lián)系的反應(reaction), 反應中的酶 ( enzyme) 以及反應中的前體或者產(chǎn)物(substrate) 。 隨著現(xiàn)代生物信息學的進展，我們可以通過計算機來展示，以至預測細胞內(nèi)的代

4、謝途徑?，F(xiàn) 在 常 用 的 查 詢 代 謝 途 徑 的 數(shù) 據(jù) 庫 主 要 包 括 ： KEGG( http:/www.genome.jp/kegg/ ), GenMAPP( / ), BioRag( / ) 等。本教程主要介紹 KEGG 數(shù)據(jù)庫的使用方法。KEGG （ Kyoto Encyclopedia of Genes and Genomes ）是由日本京都大學和東京大學聯(lián)合開發(fā)的數(shù)據(jù)庫，可以用來查詢代謝途徑，酶（或編碼酶的基因），產(chǎn)物等，也可以通過BLA ST 比對查詢未知序列的代謝途徑信息。KEGG 主

5、要通過 Web 界面進行訪問，同樣也可以通過本地運行的 Perl 或 java 程序進行訪問，使用很方便。本教程將結(jié)合實例來介紹KEGG 數(shù)據(jù)庫的使用方法，希望能您能通過本教程了解KEGG 數(shù)據(jù)庫的基本使用方法。二. 使用方法1.首頁打開 KEGG 的首頁，我們可以看到KEGG 提供的四個主要的數(shù)據(jù)庫（圖1 箭頭所示） 。PATHWAY（代謝途徑數(shù)據(jù)庫） ，可以查詢各種代謝途徑。BRITE（代謝通路及同源基因數(shù)據(jù)庫），這個數(shù)據(jù)與PATHWAY數(shù)據(jù)庫不同的是，可以查詢酶和底物之間的關系，也可以查詢某種酶的同源基因。GENES （基因數(shù)據(jù)庫） ， 可以查詢不同的基因或基因組的信息。LIGAND（配

6、體數(shù)據(jù)庫） ， 可以查詢反應中各種化合物的信息。博奧生物有限公司生物芯片北京國家工程研究中心北京市昌平區(qū)生命科學園路18 號郵編： 102206電話： 86-10-80726868傳真： 86-10-80726898網(wǎng)址： 圖 1. KEGG 數(shù)據(jù)庫首頁如果點擊 KEGG2 KEGG Table ofContents 這個鏈接，則會出現(xiàn)一個類似于網(wǎng)站地圖的頁面，在這個頁面上，我們可以查詢各數(shù)據(jù)庫的更新信息，也可快速訪問的各個數(shù)據(jù)庫。KEGG 提供點擊 KEGGOrganisms 會列出 KEGG 對各物種的代碼。 KEGG 使用三個英文小寫字母來代表各個物種，例如人類Homo sapiens，

7、代碼是 hsa。再如小鼠 Mus Musculus 則是 mmu。2. PATHW AY 數(shù)據(jù)庫的使用在首頁上點擊 PATHWAY的鏈接 (或者先選擇 KEGG2，再在出現(xiàn)的表格中Database 選項下選擇 KEGG PATHWAY) 。您就會看到 KEGG 收錄的所有代謝途徑信息（圖2）。博奧生物有限公司生物芯片北京國家工程研究中心北京市昌平區(qū)生命科學園路18 號郵編： 102206電話： 86-10-80726868傳真： 86-10-80726898網(wǎng)址： 圖 2. PATHWAY 數(shù)據(jù)庫界面例如如果想要查詢Glycolysis / Gluconeogenesis 這個代謝途徑（圖2）

8、。1） 從首頁，或者 KEGG2 的表格界面中進入PATHWA Y 數(shù)據(jù)庫2） 點擊 Carbohydrate Metabolism 中的 Glycolysis / Gluconeogenesis新頁面即顯示出此途徑的信息（圖3A）。方框中表示的是反應中的酶，例如1，這是酶的 EC number，國際酶學委員會的編號。小圓圈代表的是反應中的化合物，例如-D-Glucose-1P。箭頭代表的是反應的方向。虛線表示此反應可以通過中間產(chǎn)物與其他途徑發(fā)生聯(lián)系?；蛘吣部梢酝ㄟ^Search PATHWAY for 這個選項直接搜索Glycolysis / Gluconeogenesis的信

9、息。搜索的結(jié)果中會顯示出滿足條件的所有物種的pathway 。博奧生物有限公司生物芯片北京國家工程研究中心北京市昌平區(qū)生命科學園路18 號郵編： 102206電話： 86-10-80726868傳真： 86-10-80726898網(wǎng)址： （ A）（ B）圖 3. 代謝途徑圖片信息A：Glycolysis / Gluconeogenesis途徑的全面信息 B ：人類中 Glycolysis / Gluconeogenesis途徑的信息如果想要知道人類的Glycolysis / Gluconeogenesis途徑的具體信息。博奧生物有限公司生物芯片北京國家工程研究中心北京市昌平區(qū)生命科學園路18

10、號郵編： 102206電話： 86-10-80726868傳真： 86-10-80726898網(wǎng)址： 1） 點擊此界面左上角的下拉菜單。選擇人類Homo Sapiens(human) 2） 點擊 Go即可見圖 3B 的畫面。綠色的方框代表人類含有這種酶，例。你也可以通過下拉菜單旁的 Select按鈕自行設置下拉菜單中顯示的物種名稱。點擊標有 的綠色方框，即可顯示人類中此酶的信息（圖 4）。Entry 是 KEGG中此酶的 ID 。Gene name 是酶的簡化名。 Definition 包括酶的通用名稱和 EC number。KO是在 KEGG數(shù)據(jù)中這種酶的同源序

11、列號。 Pathway 中列出了這種酶涉及的代謝途徑。此外，還有一些其他的信息，例如編碼這種酶的基因在基因組中的位置（ Position ），編碼酶的基因序列（ NT seq）和蛋白序列（ AA seq ）等。圖 4.酶 的信息3. LIGAND 數(shù)據(jù)庫的使用LIGAND 數(shù)據(jù)庫中，可以查詢到化合物，反應或者參與反應的酶?？梢栽谏厦娴乃阉骺蛑羞M行名稱查詢，也可以在下面的Ligand Relational Database里進行配體或反應關系的查詢。例如想要查詢數(shù)據(jù)庫中Pyruvate （丙酮酸鹽）的信息（圖5A）。1） 在 Search COMPAND的下拉菜單中選擇Name 2

12、） 輸入 Pyruvae3） 點擊 Go就會出現(xiàn)圖 5B 的畫面。在給出的結(jié)果中可見它的 entry number（ C00022），分子結(jié)構(gòu)，化學式等屬性，也可以點擊 Entry number 后進入另一個界面查看它更多的信息。博奧生物有限公司生物芯片北京國家工程研究中心北京市昌平區(qū)生命科學園路18 號郵編： 102206電話： 86-10-80726868傳真： 86-10-80726898網(wǎng)址： (A)(B)圖 5.LIGAND數(shù)據(jù)庫界面及Search Compound 的使用再例如，我們需要查詢Pyruvate （丙酮酸鹽）所涉及的化學反應的信息（圖6A）。1） 在 Search RE

13、ACTION 的下拉菜單選擇 Reactant Entry博奧生物有限公司生物芯片北京國家工程研究中心2） 輸入 Pyruvate的 entry number， C00022北京市昌平區(qū)生命科學園路18 號郵編： 102206電話： 86-10-80726868傳真： 86-10-80726898網(wǎng)址： 3） 點擊 Go 就會出現(xiàn) Pyruvate所涉及的反應（圖6B）。（A）（B）圖 6.Search REACTION的使用博奧生物有限公司生物芯片北京國家工程研究中心4. GENES數(shù)據(jù)庫的使用GENES數(shù)據(jù)庫可以用來查詢基因及基因組的信息。北京市昌平區(qū)生命科學園路18 號郵編： 10220

14、6電話： 86-10-80726868傳真： 86-10-80726898網(wǎng)址： 例如想要查詢 gltA （檸檬酸鹽合成酶）這種基因的具體信息（圖7A）。 1） 在 Search 的下拉菜單選擇 Genes（默認，可不選）2） 輸入 gltA 3） 點擊 Go在出現(xiàn)的結(jié)果中即可查得所有編碼這種酶的基因（圖 7B）。像是第一個結(jié)果eco:b0720，eco 是物種名（ Escherichia coli K-12 MG1655）， b0720 是 entry name 。gltA是基因名，之后還有基因的全稱， 以及編碼的酶的 EC number 等。物種名可以通過首頁上的KEGGOrganisms

15、 來查詢。再例如我們想要查詢Bacillus subtilis中是否有 gltA這種基因（圖 7C）。 1） 在首頁的 KEGG Organisms 中找到 Bacillus subtilis的縮寫為 bsu2） Search Organism中輸入 bsu 3） 再輸入 gltA4） 點擊 Go 即可查得相應信息(A)博奧生物有限公司生物芯片北京國家工程研究中心北京市昌平區(qū)生命科學園路18 號郵編： 102206電話： 86-10-80726868傳真： 86-10-80726898網(wǎng)址： (B)(C)圖 7.GENES數(shù)據(jù)庫界面及搜索功能的使用博奧生物有限公司生物芯片北京國家工程研究中心5

16、. KO 數(shù)據(jù)庫的使用KO數(shù)據(jù)庫可以用來查詢某一基因的同源基因。北京市昌平區(qū)生命科學園路18 號郵編： 102206電話： 86-10-80726868傳真： 86-10-80726898網(wǎng)址： 例如如果想要查詢gltA的同源基因（圖 8） 1）從 KEGG首頁進入 BRITE數(shù)據(jù)庫2）點擊進入 KO- Pathway-based classification of orthologs（圖 8A） 3）在出現(xiàn)的頁面上選擇Text search（圖 8B）4）輸入 gltA或者 citrate synthase，按回車鍵 (圖 8C)這樣就會顯示出 gltA 的 KO 分類 (KO groups

17、) 了(圖 8D) 。需要注意的是基因的 KO groups 是按照不同的代謝途徑來列出的，所以一個 KO group 可能被列出很多次。點擊 KO 序號， 即可查看此類同源基因 (圖 8E)。(A)(B)博奧生物有限公司生物芯片北京國家工程研究中心北京市昌平區(qū)生命科學園路18 號郵編： 102206電話： 86-10-80726868傳真： 86-10-80726898網(wǎng)址： (C)(D)(E)圖 8. KO 數(shù)據(jù)庫的使用博奧生物有限公司生物芯片北京國家工程研究中心北京市昌平區(qū)生命科學園路18 號郵編： 102206電話： 86-10-80726868傳真： 86-10-80726898網(wǎng)址

18、： 6. LinkDB的使用LinkDB 可以用來查詢多個數(shù)據(jù)庫之間的交互信息。例如，我們想查詢cytrate cycle （ TCA 循環(huán)）中涉及的所有的酶（圖9A）。 1） 在 KEGG 首頁上點擊 DBGET2） 然后點擊表格上的標題LinkDB3） 使 用 Single Entryto Database 這個選項。需要注意From 內(nèi)填入的內(nèi)容必須符合db:entry 的格式 , cytrate cycle 是屬于 PATHWAY 數(shù)據(jù)庫 ,entrynumber 是 map00020, 所以應該填入PATHWAY :map00020。(如何查詢 Pathway 的信息 ,請參見 2.

19、PATHWAY 數(shù)據(jù)庫的使用 )4） 后在 To 這個選項上選擇需要查詢的數(shù)據(jù)庫Enzyme5） 點擊 Go 即可見到結(jié)果（圖9B）。（ A）博奧生物有限公司生物芯片北京國家工程研究中心北京市昌平區(qū)生命科學園路18 號郵編： 102206電話： 86-10-80726868傳真： 86-10-80726898網(wǎng)址： （ B）圖 9. Single Entry to Database 的使用再例如如果我們想知道人類的cytrate cycle 中 pyruvate carboxylase 這種酶有多少化合物與其發(fā)生作用（如圖10A）。1） 使用 Multiple Entries to Datab

20、ase這個選項2） 在 From 里輸入 cytrate cycle 的代碼pathway:hsa00020，再輸入 pyruvate carboxylase 在人類中的基因的代碼，hsa:5091。(基因的查詢請參見前述2.GENES 數(shù)據(jù)庫的使用)3） 在 To 選擇 COMPOUND 數(shù)據(jù)庫4） 因為我們需要查詢同時滿足人類cytrate cycle 和 pyruvate carboxylase 的底物，所以需要點擊 and 這個選項。5） 最后點擊 Go，即可出現(xiàn)圖 10B 的結(jié)果。（ A）博奧生物有限公司生物芯片北京國家工程研究中心北京市昌平區(qū)生命科學園路18 號郵編： 102206

21、電話： 86-10-80726868傳真： 86-10-80726898網(wǎng)址： （ B）圖 10. Multiple Entries to Database的使用博奧生物有限公司生物芯片北京國家工程研究中心7. PathComp 的使用北京市昌平區(qū)生命科學園路18 號郵編： 102206電話： 86-10-80726868傳真： 86-10-80726898網(wǎng)址： PathComp 可以通過計算來預測聯(lián)系兩種化合物的可能的反應途徑。例如我們需要人類由Citrate 生成 Acetyl-CoA的可能步驟。1） 在首頁上點擊進入LIGAND數(shù)據(jù)庫2） 在 Computational Tools 中

22、選擇 PathComp（網(wǎng)頁的最下方）3） 在 Search against 這個下拉菜單中選擇Homo sapiens(Human)，如圖 11A 4） 在 Enter initial compound里輸入 Citrate5） 在 Enter final compound 里輸入輸入Acetyl-CoA6） 點擊 Exec 按鈕，會出現(xiàn)圖 11B 的畫面7） 再次點擊 Exec 按鈕即可出現(xiàn)圖 11C 的結(jié)果結(jié)果中會列出可能的pathway 中的中間產(chǎn)物和相應的酶的信息。點擊即可查詢具體資料。（ A）博奧生物有限公司生物芯片北京國家工程研究中心（ B）北京市昌平區(qū)生命科學園路18 號郵編： 102206電話： 86-10-80726868傳真： 86-10-80726898網(wǎng)址： （ C）圖 11. PathComp 的使用8. BLAST 的使用KEGG 提供了 BLAST工具， 因此可以使用未知的序列，與 KEGG