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生 物 信 息 学 Bioinformatics 巩晶 癌症研究中心 山东大学 医学院
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第四章 序列比较
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复习 双序列比对 Needleman-Wunsch算法，1970年，Saul Needleman和Christian Wunsch两人首先将动态规划算法应用于两条序列的全局比对，这个算法后称为Needleman-Wunsch算法。 对于： 序列p：ACGTC 序列q：AATC : 字符对字符 : 字符对空位 箭头指着的序列为空位 序列 p A C G T -5 -10 -15 -20 -25 10 5 7 4 -1 -6 12 9 21 1 2 3 序列 q 4 得分矩阵 序列p： A C G T C 序列q： A - A T C 全局序列比对结果
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复习 双序列比对 无论两个序列长度是否相同，都要先做双序列全局比对，然后根据比对结果及比对长度计算它们的一致度和相似度。
如果两个序列长度相同： 一致度（identity）= （一致字符的个数 / 全局比对长度）×100% 相似度（similarity）= （一致及相似的字符的个数 / 全局比对长度）×100% 序列1：CVHK-LA identity = (4/7)*100% = 57% 序列2：C-HKTIA similarity = ((4+1)/7)*100% = 71% 如果两个序列长度不相同： 一致度（identity）=（一致字符的个数 / 全局比对长度）×100% 相似度（similarity）=（一致及相似的字符的个数 / 全局比对长度）×100% 序列1：CVHKAT identity = (4/6)*100% = 67% 序列2：CIHK-T similarity = ((4+1)/6)*100% = 83% 无论两个序列长度是否相同，都要先做双序列全局比对，然后根据比对结果及比对长度计算它们的一致度和相似度。
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4.5.3 双序列比对：在线比对工具 EMBL在线全局比对工具
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4.5.3 双序列比对：在线比对工具 EMBL在线全局比对工具
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4.5.3 双序列比对：在线比对工具 EMBL在线全局比对工具
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4.5.3 双序列比对：在线比对工具 EMBL在线全局比对工具
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4.5.3 双序列比对：在线比对工具 EMBL在线全局比对工具 小的 Gap Open + 大的 Gap Extend
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4.5.3 双序列比对：在线比对工具 EMBL在线全局比对工具 小的 Gap Open + 大的 Gap Extend = 分散的空位
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4.5.3 双序列比对：在线比对工具 EMBL在线全局比对工具 大的 Gap Open + 小的 Gap Extend = 集中的空位
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4.5.3 双序列比对：在线比对工具 EMBL在线全局比对工具 调整 gap open 和gap extend以达到期望的比对结果
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4.5.3 双序列比对：在线比对工具 EMBL在线局部比对工具
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4.5.3 双序列比对：在线比对工具 EMBL在线局部比对工具
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4.5.3 双序列比对：在线比对工具 EMBL在线局部比对工具 黑色是相似的部分，红色是完全不相似的部分 >Seq1
MHHHHHHSSGVDLGTENLYFQSMKTTQEQLKRNVRFHAFISYSEHDSLWVKNELIPNLEKEDGSILICLYESYFDPGKSISENIVSFIEKSYKSIFVLSPNFVQNEWCHYEFYFAHHNLFHENSDHIILILLEPIPFYCIPTRYHKLKALLEKKAYLEWPKDRRKCGLFWANLRAAIN >Seq2 GTENLYFQSMKTTQEQLKRNVRFHAFISYSEHDSLWVKNELIPNLEKEDGSILICLYESYFDPGKEWCHYEFYFAHHNLFHENSDHIILILLEPIPFYCIPTRAAAAAAAAAAA
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4.5.3 双序列比对：在线比对工具 全局与局部比对比较 局部比对 全局比对
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4.5.3 双序列比对：在线比对工具 EMBL在线局部比对工具
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4.5.3 双序列比对：在线比对工具 EMBL在线局部比对工具 黑色是相似的部分，红色是不相似的部分 >Seq3
TTLDDPLGHMPERFDAFICYCPSDIQFVQEMIRQLEQTNYRLKLCVSDRDVLPGTCVWSI ASELIEKRCRRMVVVVSDDYLQAKECDVQSKFALSLSPGAHQKRLIPIKYKAMKKEFPSI LRFITVCDYTNPCTKSWFWTRLAKALSLP >Seq4 MHHHHHHSSGVDLGTENLYFQSMKTTQEQLKRNVRFHAFISYSEHDSLWVKNELIPNLEK EDGSILICLYESYFDPGKSISENIVSYLQSKECDLQTKFATSNQNEWCHYEFYFAHHNLF HENSDHIILILLEPIPFYCIPTRYHKLKALLEKKAYLEWPKDRRKCGLFWANLRAAIN
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4.5.3 双序列比对：在线比对工具 全局与局部比对比较 局部比对 全局比对
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5.3 双序列比对：在线比对工具 免费的在线双序列比对工具 软件名 比对类型 网址链接 EMBL Global/Local PIR
PIR Global Lalign LAGAN AlignMe Alignment of Membrane Proteins MCALIGN Alignment of non-coding DNA sequences
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4.6 多序列比对 多序列比对（multiple alignment），对两条以上的生物序列进行全局比对。
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4.6.1 多序列比对：应该知道的几点 多序列比对的主要用途： 确认：一个未知的序列是否属于某个家族
建立：系统发生树，查看物种间或者序列间的关系 模式识别：一些特别保守的序列片段往往对应重要的功能区域，通过多序列比对，可以找到这些保守片段 已知推未知：把已知有特殊功能的序列片段通过多序列比对做成模型，然后根据该模型推测未知的序列 片段是否也具有该功能。 预测蛋白质/RNA二级结构 等等。
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4.6.1 多序列比对：应该知道的几点 对要进行多序列比对的序列的几点要求： 太多的序列受不了。一般10-15条序列，最好别超过50条。
关系太远的序列受不了。两两之间序列相似度低于30%的一组序列，作多序列比对会有麻烦。 关系太近的序列受不了。两两之间序列相似度大于90%的序列，有再多条都等于只有一条。 局部的短序列受不了。多序列比对支持一组差不多长的序列，个别很短的序列属于捣乱分子。 有重复域的序列受不了。如果序列里包含重复域， 大多数多序列比对的程序都会出错，甚至崩溃。
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4.6.1 多序列比对：应该知道的几点 序列的名字有几点建议： 名字里不要有“空格”，用“_”代替“空格” 。
#, &, ^ 等) 。 名字的长度不要超过15个字符。 一组序列里，不要有重名的序列。 如果不按上述几点建议命名的话，多序列比对程序会在不告知你的情况下修改你的序列名称。 e.g. My Seq My_Seq_1 e.g. 我的序列壹 e.g. This_is_my_favorite_sequence_about_mouse
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4.6.2 多序列比对：算法 多序列比对的算法 目前所有的多序列比对工具都不是完美的，它们都使用一种近似的算法。 seq1 seq3
P Y M N V I -1 -2 -3 -4 -5 -6 7 6 5 4 3 2 14 13 12 11 10 E L 15 F seq2 seq1 seq2 2条序列 = 2D 3条序列 = 3D N条序列 = nD
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4.6.3 多序列比对：在线比对工具 多序列比对的工具 Clustal – 最常用的多序列比对工具
Tcoffee – 最新的多序列比对工具之一 MUSCLE – 最快的多序列比对工具之一 提供多序列比对在线使用的网站（部分） 网站名称 服务器位置 网址链接 EBI Clustal-Omiga Expasy Clustal W Sfi-Clustal Clustal O/W2 （仅下载） Tcoffee Muscle MUSCLE
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4.6.3.1 多序列比对：在线比对工具-Clustal
EMBL网站的ClustalW工具
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4.6.3.1 多序列比对：在线比对工具-Clustal
人Toll样受体1-10胞内域 EMBL网站的Clustal工具
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4.6.3.1 多序列比对：在线比对工具-Clustal
EMBL网站的Clustal工具
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4.6.3.1 多序列比对：在线比对工具-Clustal
EMBL网站的Clustal工具 多序列比对中各个序列的排列顺序： aligned-比对过程中自动创建的顺序 input-输入序列的原始顺序 比对输出格式
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4.6.3.1 多序列比对：在线比对工具-Clustal
EMBL网站的Clustal工具 默认情况下，结果中的序列顺序是按照Guide Tree排列的，而非输入时的排列顺序。 保存比对结果
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4.6.3.1 多序列比对：在线比对工具-Clustal
EMBL网站的Clustal工具 先记住这里有个按钮，一会儿再来研究它！
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4.6.3.1 多序列比对：在线比对工具-Clustal
EMBL网站的Clustal工具 这个树 不是 真正的进化树！
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4.6.3.1 多序列比对：在线比对工具-Clustal
EMBL网站的Clustal工具 转入另一个程序去进一步做真正的系统发生树。
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4.6.3.1 多序列比对：在线比对工具-Clustal
EMBL网站的Clustal工具 Red: 疏水的 Blue: 酸性的 Magenta: 碱性的 Green: 羟基+胺+碱性 Gray: 其他
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4.6.3 多序列比对：在线比对工具 EMBL网站的ClustalW工具 * 完全保守的一列，即，这一列的残基完全相同。
* 完全保守的一列，即，这一列的残基完全相同。 : 这一列的残基有大致相似的分子大小及相同亲疏水性，即这 一列残基或相同或相似。 . 在进化过程中，残基的分子大小及亲疏水性被一定程度上保 留了，但是有替换发生在不相似的残基间。 完全不保守的一列。
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4.6.3.2 多序列比对：在线比对工具-TCOFFEE
Tcoffee ：多序列比对工具，算法上与Clastal系列类似，准确度上比Clustal系列高，但计算耗时比Clustal系列略高。 T-Coffee 镜像网站 SIB EBI CNRS index.cgi Max-Planck CBSU EMBnet
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给序列加入结构信息的多序列比对。 把多个比对工具的结果整合成一个。 专为穿膜蛋白打造的多序列比对。 专为远源序列打造的多序列比对。
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4.6.3.2 多序列比对：在线比对工具-TCOFFEE
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4.6.3.2 多序列比对：在线比对工具-TCOFFEE
如果要做比对的序列有结构信息的话（包括 未发表的非PDB里的结构），可以把这些结构的PDB文件上传。
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4.6.3.2 多序列比对：在线比对工具-TCOFFEE
从这里指定哪个序列对应哪个PDB结构。已上传的结构会根据序列信息自动匹配是哪个序列，不需要列出。 或者偷个懒，自动给每条序列通过BLAST搜索自动到数据库中找序列水平上相似的结构。 要算很久，留个 很必要！
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4.6.3.2 多序列比对：在线比对工具-TCOFFEE
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4.6.3.2 多序列比对：在线比对工具-TCOFFEE
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4.6.3.2 多序列比对：在线比对工具-TCOFFEE
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4.6.3.2 多序列比对：在线比对工具-TCOFFEE
fasta_aln file score_html file phylip file clustalw_aln file
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4.6.3.2 多序列比对：在线比对工具-TCOFFEE
到底保存哪个格式呢？ 在选择保存格式之前，需要问自己几个问题: 大多数软件都支持我要选的这个格式吗？ 我的同事们能使用我选的这个格式吗？ 这个格式能保存我所需要的所有信息吗？ 这个格式适合我进一步加工吗？ 如果比对工具输出的格式里没有我想要的哪种， 可以通过第三方软件进行格式转换，比如： fmtseq : or
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4.6.4 多序列比对：编辑和发布 编辑和发布多序列比对 为了能对多序列比对的结果进行彩色显示和手工编辑，人们开发了多序列比对结果编辑器。
Jalview是一个十分常用的编辑器。
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4.6.4 多序列比对：编辑和发布 编辑和发布多序列比对 从EMBL ClustalW 多序列比对结果中快速启动JalView
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4.6.4 多序列比对：编辑和发布 编辑和发布多序列比对
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4.6.4 多序列比对：编辑和发布 编辑和发布多序列比对 从主页上启动在线版
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4.6.4 多序列比对：编辑和发布 编辑和发布多序列比对
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4.6.4 多序列比对：编辑和发布 编辑和发布多序列比对 下载到本地安装
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软件打开后，会自动展示许多示例。
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4.6.4 多序列比对：编辑和发布 刚刚做的多序列比对
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4.6.4 多序列比对：编辑和发布 保守度 比对质量 共有序列
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4.6.4 多序列比对：编辑和发布
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4.6.4 多序列比对：编辑和发布
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4.6.4 多序列比对：编辑和发布 Colour -> Clustalx 140
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4.6.4 多序列比对：编辑和发布 Colour -> Clustalx
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4.6.4 多序列比对：编辑和发布 将前四条序列的第51列移至第49列：
首先要选中前四条序列：持续按住 Ctrl 键，同时用鼠标点中前四条序列的名字。选中后，序列名字的底色由白变灰。
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4.6.4 多序列比对：编辑和发布 然后，再次按住 Ctrl 键，把鼠标放在第51列的字母上，向左拖动到第49列。再用同样的方法，把原来的第52列向右拖动回原位。 如果只想移动选中的这一组序列中的一条序列，则按住 Shift 键再拖动即可。
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4.6.4 多序列比对：编辑和发布 调整格式 各种排序 为任意一对序列做双序列比对
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4.6.4 多序列比对：编辑和发布 计算各种系统发生树
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4.6.4 多序列比对：编辑和发布 预测一条蛋白质序列的二级结构
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4.6.4 多序列比对：编辑和发布 二级结构预测结果
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4.6.4 多序列比对：编辑和发布 把序列比对保存成文本或图片
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4.6.4 多序列比对：编辑和发布 终于可以发布漂亮的序列比对了！
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4.6.4 多序列比对：编辑和发布 多序列比对美化工具 JalView JAVA Boxshade 擅长黑白作图 ESPript
名称 网址 特点 JalView JAVA Boxshade 擅长黑白作图 ESPript 功能强大，很牛 MView 擅长转换成HTML源码
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