真核生物基因結(jié)構(gòu)的預(yù)測分析

真核生物基因結(jié)構(gòu)的預(yù)測分析1第1頁，共34頁，2023年，2月20日，星期一基因組序列cDNA序列編碼區(qū)預(yù)測CodonbiasGCContent限制性酶切位點(diǎn)基因結(jié)構(gòu)分析選擇性剪切轉(zhuǎn)錄調(diào)控因子序列比對(duì)功能注釋KEGGGO系統(tǒng)發(fā)育樹蛋白質(zhì)序列翻譯蛋白質(zhì)理化性質(zhì)二級(jí)結(jié)構(gòu)預(yù)測結(jié)構(gòu)域分析重要信號(hào)位點(diǎn)分析三級(jí)結(jié)構(gòu)預(yù)測基因組功能分析2第2頁，共34頁，2023年，2月20日，星期一真核生物基因的主要結(jié)構(gòu)3第3頁，共34頁，2023年，2月20日，星期一基因結(jié)構(gòu)分析開放讀碼框GENSCANCpG島CpGPlot轉(zhuǎn)錄終止信號(hào)POLYAH啟動(dòng)子/轉(zhuǎn)錄起始位點(diǎn)PromoterScan密碼子偏好分析CodonWmRNA剪切位點(diǎn)NETGENE2Spidey選擇性剪切ASTD基因結(jié)構(gòu)分析常用軟件4第4頁，共34頁，2023年，2月20日，星期一開放讀碼框的識(shí)別開放讀碼框（openreadingframe,ORF)

是一段起始密碼子和終止密碼子之間的堿基序列ORF是潛在的蛋白質(zhì)編碼區(qū)5第5頁，共34頁，2023年，2月20日，星期一基因開放閱讀框/基因結(jié)構(gòu)分析識(shí)別工具ORFFinder/gorf/gorf.htmlNCBI通用BestORF/berry.phtml?topic=bestorf&group=programs&subgroup=gfindSoftberry真核GENSCAN/GENSCAN.htmlMIT脊椎、擬南芥、玉米GeneFinder/tools/genefinder/Zhanglab人、小鼠、擬南芥、酵母FGENESH/berry.phtml?topic=fgenesh&group=programs&subgroup=gfindSoftberry真核(基因結(jié)構(gòu))GeneMark/GeneMark/eukhmm.cgiGIT原核GLIMMER/genomes/MICROBES/glimmer_3.cgi/software/glimmer

Maryland原核Fgenes/berry.phtml?topic=fgenes&group=programs&subgroup=gfindSoftberry人（基因結(jié)構(gòu)）FgeneSV/berry.phtml?topic=virus&group=programs&subgroup=gfindvSoftberry病毒Generation/generation/ORNL原核FGENESB/berry.phtml?topic=fgenesb&group=programs&subgroup=gfindbSoftberry細(xì)菌（基因結(jié)構(gòu)）GenomeScan

/genomescan.html

MIT脊椎、擬南芥、玉米GeneWise2http://www.ebi.ac.uk/Wise2/EBI人GRAIL/grailexp/ORNL人、小鼠、擬南芥、果蠅6第6頁，共34頁，2023年，2月20日，星期一ORF識(shí)別：GENSCAN/GENSCAN.html結(jié)果返回到郵箱（可選）提交序列提交序列文件運(yùn)行GENSCAN顯示氨基酸或CDS序列序列名稱（可選）是否顯示非最優(yōu)外顯子選擇物種類型7第7頁，共34頁，2023年，2月20日，星期一8第8頁，共34頁，2023年，2月20日，星期一9GENSCAN輸出結(jié)果：文本中間外顯子起始外顯子終止外顯子加尾信號(hào)啟動(dòng)子中間外顯子權(quán)重9第9頁，共34頁，2023年，2月20日，星期一10第10頁，共34頁，2023年，2月20日，星期一轉(zhuǎn)錄調(diào)控序列分析

CpG島、啟動(dòng)子區(qū)域和轉(zhuǎn)錄終止信號(hào)的預(yù)測11第11頁，共34頁，2023年，2月20日，星期一CpG島的預(yù)測CpG島常位于真核生物基因轉(zhuǎn)錄起始位點(diǎn)，GC含>50%，長度>200bp的一段DNA序列。12第12頁，共34頁，2023年，2月20日，星期一CpGIsland分析常用軟件CpGIsland/cpgislands2/cpg.aspxWebCpGPlothttp://www.ebi.ac.uk/emboss/cpgplot/index.htmlWebCpGfinder/berry.phtml?topic=cpgfinder&group=programs&subgroup=promoterWebCpGi130/CpG130.dowebCpGproDhttp://pbil.univ-lyon1.fr/software/cpgprod_query.htmlweb13第13頁，共34頁，2023年，2月20日，星期一提交序列文件提交序列參數(shù)選項(xiàng)CpG島的預(yù)測：CpGPlothttp://www.ebi.ac.uk/Tools/emboss/cpgplot/預(yù)測單元窗口步移觀測值與期望值打分最小GC含量CpG島的長度反向鏈和互補(bǔ)鏈?zhǔn)欠耦A(yù)測第14頁，共34頁，2023年，2月20日，星期一15第15頁，共34頁，2023年，2月20日，星期一GENESCAN預(yù)測結(jié)果

起始為532bp

終止于51783bp觀測值與期望值的比值GC含量的比值預(yù)測得到的CpG預(yù)測得到的CpG16第16頁，共34頁，2023年，2月20日，星期一轉(zhuǎn)錄終止信號(hào)上游作用元件：AAUAAA下游作用元件：GCrich二重對(duì)稱區(qū)、UUUUUUC-GC-GG-CG-CU-AG-CG-CC-GG-CUUUUUUUUURNA5’3’AAUAAACAAAAAAAAAAAAA成熟mRNA5’3’AAUAAACAGUmRNA前體5’3’17第17頁，共34頁，2023年，2月20日，星期一轉(zhuǎn)錄終止信號(hào)預(yù)測：POLYAH/berry.phtml?topic=polyah&group=programs&subgroup=promoter

提交序列文件提交序列18第18頁，共34頁，2023年，2月20日，星期一polyA位置GENESCAN預(yù)測結(jié)果

PolyA位點(diǎn)52490bpPOLYAH輸出結(jié)果對(duì)預(yù)測起佐證的作用權(quán)重吻合19第19頁，共34頁，2023年，2月20日，星期一啟動(dòng)子區(qū)結(jié)構(gòu)啟動(dòng)子（Promoter）位于結(jié)構(gòu)基因5’端上游，能活化RNA聚合酶，使之與模板DNA結(jié)合并具有轉(zhuǎn)錄起始的特異性。轉(zhuǎn)錄起始位點(diǎn)(Transcriptionstartsite,TSS)PYCAPY（嘧啶）核心啟動(dòng)子元件(Corepromoterelement)TATAbox，Pribnowbox

（TATAA)上游啟動(dòng)子元件(Upstreampromoterelement，UPE)CAATbox，GCbox，SP1，Otc增強(qiáng)子(Enhancer)20第20頁，共34頁，2023年，2月20日，星期一原核和真核生物基因轉(zhuǎn)錄起始位點(diǎn)上游區(qū)結(jié)構(gòu)原核生物真核生物TTGACATATAATAmRNA＋1－10－35PyAPyTATAATGC區(qū)CAAT區(qū)mRNA＋1－40－25－110增強(qiáng)子上游啟動(dòng)子元件，UPE核心啟動(dòng)子元件轉(zhuǎn)錄起始位點(diǎn)21第21頁，共34頁，2023年，2月20日，星期一PromoterScan:80/molbio/proscan/WebPromoser/zlab/PromoSer/WebNeuralNetworkPromoterPrediction/seq_tools/promoter.htmlWebSoftberry:BPROM,TSSP,TSSG,TSSW/berry.phtml?topic=index&group=programs&subgroup=promoterWebMatInspectorhttp://www.gene-regulation.de/WebRSAThttp://rsat.ulb.ac.be/rsat/WebCister/~mfrith/cister.shtmlWeb啟動(dòng)子結(jié)合位點(diǎn)分析常用軟件22第22頁，共34頁，2023年，2月20日，星期一啟動(dòng)子預(yù)測：PromoterScan/molbio/proscan/提交序列去掉該選項(xiàng)23第23頁，共34頁，2023年，2月20日，星期一PromoterScan輸出結(jié)果找到的TATAbox和轉(zhuǎn)錄起始位點(diǎn)預(yù)測可能的轉(zhuǎn)錄因子轉(zhuǎn)錄因子在提交序列中的位置24第24頁，共34頁，2023年，2月20日，星期一基因密碼子偏好性1.研究蛋白質(zhì)結(jié)構(gòu)功能中的作用2.在表達(dá)外源基因方面的作用3.在生物信息學(xué)研究中的作用25第25頁，共34頁，2023年，2月20日，星期一基因密碼子偏好性:CodonW粘帖目的序列密碼子表的選擇http://mobyle.pasteur.fr/cgi-bin/portal.py?form=codonw#forms::codonw是否計(jì)算所有參數(shù)，一般選擇物種選擇，與表達(dá)物種有關(guān)，可以自行輸入。26第26頁，共34頁，2023年，2月20日，星期一CAI(CodonAdaptationIndex)密碼子適應(yīng)指數(shù)

目標(biāo)基因與高表達(dá)基因的密碼子偏好性的相似程度。

（1完全相同，0完全不相同，本例為0.173）CBI(CondonBiasIndex)密碼子偏好指標(biāo)

目標(biāo)基因與隨機(jī)序列的最優(yōu)密碼子的差異程度

（1完全偏好，0隨機(jī)情況，可能為負(fù)值，本例為-0.049）Fop(Frequencyofoptimalcodon)最優(yōu)密碼子頻率

目標(biāo)基因的最優(yōu)密碼子數(shù)與全部同義密碼子數(shù)的比值

（1完全偏好，0完全無偏好，本例為0.380）多個(gè)密碼子編碼同一個(gè)氨基酸，同義密碼子。有些物種偏好某些（1~2種）同義密碼子，這1~2種同義密碼子即為高表達(dá)密碼子。該現(xiàn)象叫密碼子偏好性。27第27頁，共34頁，2023年，2月20日，星期一各項(xiàng)指數(shù)輸出結(jié)果密碼子使用頻率CodonW結(jié)果界面有效密碼子數(shù)GC含量同義密碼子總數(shù)有效密碼子總數(shù)外源表達(dá)蛋白的物理性質(zhì)（親疏水性）外源表達(dá)蛋白芳香性28第28頁，共34頁，2023年，2月20日，星期一內(nèi)含子/外顯子剪切位點(diǎn)識(shí)別如何分析核酸序列中的外顯子組成？通過對(duì)特征序列(GT-AG)的分析進(jìn)行直接的預(yù)測基因預(yù)測軟件（NetGene2）與相應(yīng)的基因組序列比對(duì)，分析比對(duì)片段的分布位置（Spidey）29第29頁，共34頁，2023年，2月20日，星期一30第30頁，共34頁，2023年，2月20日，星期一剪切位點(diǎn)識(shí)別：NetGene2http://www.cbs.dtu.dk/services/NetGene2/提交序列選擇物種點(diǎn)擊31第31頁，共34頁，2023年，2月20日，星期一NetGene2