![生物信息学中的序列相似性比对算法[1]](https://img.doczj.com/img23/0128o1p2brhz3ixtys2j-31.webp)
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常用数据库 在DNA序列方面有GenBank、EMBL和等 在蛋白质一级结构方面有SWISS-PROT、PIR和MIPS等 在蛋白质和其它生物大分子的结构方面有PDB等 在蛋白质结构分类方面有SCOP和CATH等 生物信息学的主要研究内容 1、序列比对（Alignment） 基本问题是比较两个或两个以上符号序列的相似性或不相似性。序列比对是生物信息学的基础，非常重要。两个序列的比对有较成熟的动态规划算法，以及在此基础上编写的比对软件包BLAST和FASTA，可以免费下载使用。这些软件在数据库查询和搜索中有重要的应用。 2、结构比对 基本问题是比较两个或两个以上蛋白质分子空间结构的相似性或不相似性。已有一些算法。 3、蛋白质结构预测，包括2级和3级结构预测，是最重要的课题之一 从方法上来看有演绎法和归纳法两种途径。前者主要是从一些基本原理或假设出发来预测和研究蛋白质的结构和折叠过程。分子力学和分子动力学属这一范畴。后者主要是从观察和总结已知结构的蛋白质结构规律出发来预测未知蛋白质的结构。同源模建（Homology）和指认（Threading）方法属于这一范畴。虽然经过30余年的努力，蛋白结构预测研究现状远远不能满足实际需要。 4、计算机辅助基因识别(仅指蛋白质编码基因)。最重要的课题之一 基本问题是给定基因组序列后，正确识别基因的范围和在基因组序列中的精确位置.这是最重要的课题之一，而且越来越重要。经过20余年的努力，提出了数十种算法，有十种左右重要的算法和相应软件上网提供免费服务。原核生物计算机辅助基因识别相对容易些，结果好一些。从具有较多内含子的真核生物基因组序列中正确识别出起始密码子、剪切位点和终止密码子，是个相当困难的问题，研究现状不能令人满意，仍有大量的工作要做。 5、非编码区分析和DNA语言研究，是最重要的课题之一 在人类基因组中，编码部分进展总序列的3~5%，其它通常称为“垃圾”DNA，其实一点也不是垃圾，只是我们暂时还不知道其重要的功能。分析非编码区DNA 序列需要大胆的想象和崭新的研究思路和方法。DNA序列作为一种遗传语言，不仅体现在编码序列之中，而且隐含在非编码序列之中。 6、分子进化和比较基因组学，是最重要的课题之一 早期的工作主要是利用不同物种中同一种基因序列的异同来研究生物的进化，构建进化树。既可以用DNA序列也可以用其编码的氨基酸序列来做，甚至于可通过相关蛋白质的结构比对来研究分子进化。以上研究已经积累了大量的工作。近年来由于较多模式生物基因组测序任务的完成，为从整个基因组的角度来研究分子进化提供了条件。 7、序列重叠群（Contigs）装配 一般来说，根据现行的测序技术，每次反应只能测出500或更多一些碱基对的序列，这就有一个把大量的较短的序列全体构成了重叠群（Contigs）。逐步把它们拼接起来形成序列更长的重叠群，直至得到完整序列的过程称为重叠群装配。拼接EST数据以发现全长新基因也有类似的问题。已经证明，这是一个NP-完备
生物开放性试题答题技巧训练 【例1】不能进食的病人，是否只能靠注射葡萄糖和生理盐水以维持代谢平衡?，试用所学知识解释其原因。 解析：该题的解答要认真比较水和无机盐代谢及平衡的有关内容，找出其异同点，才 能正确地回答。临床尿中钠的排出规律概括为：多进多排，少进少排，不进不排。钾的排 出则不同，即使在缺钾的情况下，尿中仍有相当数量的钾排出，临床钾的排出规律总结为：多进多排，少进少排，不进也排。因此，不能进食的病人，只靠注射葡萄糖和生理盐水时，不能维持代谢平衡，应补充钾。 参考答案：否，应补充钾。因为钾的排出特点是：多进多排，少进少排，不进也排。 所以，不能进食的病人除注入葡萄糖和生理盐水外，还应及时补充钾。 【例2】根据所学知识，说明婴幼儿期蛋白质供应不良，会对婴幼儿的生长发育有何 影响? 解析：解此题的关键有两个，一是准确理解蛋白质的营养功能，另一方面是理解婴幼 儿发育的特点，在此基础上回答问题。 参考答案：首先，婴幼儿期蛋白质供应不良，会导致婴幼儿生长发育迟缓、体重过轻，因为蛋白质是构成机体组织、满足生长发育的主要原料，更为严重的是会导致脑的重量减轻、脑细胞数量减少，并使大脑皮层神经元的突触数量少，因为蛋白质也是构成脑组织、 满足脑发育的主要原料。 【例3】某地种、养殖品种及生产的某些因素如下表。请依据生态学原理，选择种、 养生物各两种，设计一个良性循环的农业生态系统以物质循环利用示意图的方式展示。 解析：解析本题要求学生运用生态学知识，根据生态平衡原理，设计一个良性循环的 生态系统，其条件、方法和方案具不确定性。其要点是做到投入少，产量高，要有效避免 或减轻环境污染，要以生物能转化的废弃物循环利用为基准点。根据题设要求，种植和养 殖可随意选取两种，同时可考虑设置沼气池将秸秆和粪便入沼气池发酵产生沼气，供家庭 生活用，沼渣供植物作肥料，植物草茎可作为养殖动物的饲料。施肥要求用农家肥，防止 环境污染不用化肥。同样为避免环境污染，治理虫害不用农药，而采取生物防治方法，甚 至可采用转基因技术，将抗虫基因导入农作物体内，从而具备抗虫功能。其参考设计方法 如下： 【例4】目前有关国家正在联合实验一项“人类基因组计划”，这项计划的目标是绘 制4张图，每张图均涉及人类一个染色体组的常染色体和性染色体，具体情况如下：两张 图的染色体上都标明人类全部的大约3～3.5万个基因的位置其中一张图用遗传单位表示 基因间的距离，另一张图用核苷酸数目表示基因间的距离;一张图显示染色体上全部DNA 约30亿个碱基对的排列顺序;还有一张是基因转录图。参加这项计划的六国科学家，他们
生物信息学的进展综述 韩雪晴 （生物工程1201班，学号：201224340124） 摘要：生物信息学是一门研究生物和生物相关系统中信息内容和信息流向的综合性系统科学。80年代以来新兴的一门边缘学科，信息在其中具有广阔的前景。伴随着人类基因组计划的胜利完成与生物信息学的发展有着密不可分的联系，生物信息学的发展为生命科学的发展为生命科学的研究带来了诸多的便利，对此作了简单的分析。 关键词：生物信息学；进展；序列比对；生物芯片 A review of the advances in Bioinformatics Han Xueqing （Bioengineering, Class1201，Student ID：201224340124） Abstract: Bioinformatics is the science of comprehensive system of information content and information flows to a study on the biological and bio related in the system. The edge of an emerging discipline since 80, has broad prospects in which information. With the human genome project was completed and the development of bioinformatics are inextricably linked, for the life science research development of bioinformatics for the development of life science has also brought a lot of convenience, has made the simple analysis. Keywords: bioinformatics；progress；Sequence alignment；biochip 1、生物信息学的产生背景 生物信息学是20世纪80年代末开始，随着基因组测序数据迅猛增加而逐渐兴起的一门学科[1]。应用系统生物学的方法认识生物体代谢、发育、分化、进化以及疾患发生规律的不可或缺的工具[2]。及时、充分、有效地利用网络上不断增长的生物信息数据库资源，已经成为生命科学和生物技术研究开发的必要手段，从而诞生了生物信息学。 2、生物信息学研究内容 主要是利用计算机存储核酸和蛋白质序列，通过研究科学的算法，编制相应的软件对序列进行分析、比较与预测，从中发现规律。白细胞介素-6(IL-6)是机体重要的免疫因子,但在两栖类中未见报道。采用生物信息学方法对两栖类模式动物非洲爪蟾IL-6进行分析[3]。以人IL-6基因对非洲爪蟾数据库进行搜索、分析,并采用RT-PCR方法对所得序列进行验证。结果表明,非洲爪蟾IL-6基因位于scaffold_52基因架上,具有保守的IL-6家族基序[4]。采用生物信息新方法进行不同物种的免疫基因挖掘、克隆,是一种有效的方法[5]。 2.1序列比对 比较两个或两个以上符号序列的相似性或不相似性。序列比对是生物信息学的基础。两个序列的比对现在已有较成熟的动态规划算法，以及在此基础上编写的比对软件包BLAST和FASTA[6]。序列数据库搜索最著名且最常用的工具之一便是BLAST算法。FASTA算法是另一族常用的序列比对及搜索工具[7]。 2.2结构比对 比较两个或两个以上蛋白质分子空间结构的相似性或不相似性。 2.3蛋白质结构预测 从方法上来看有演绎法和归纳法两种途径。前者主要是从一些基本原理或假设出发来预测和研究蛋白质的结构和折叠过程。分子力学和分子动力学属这一范畴。后者主要是从观察和总结已知结构的蛋白质结构规律出发来预测未知蛋白质的结构[8]。 3、生物信息学的新技术
初中生物会考复习方法 (一) 一、落实《标准》 从宜昌市近几年的生物会考来看，命题始终注意以《课标》为指南，以教材为依据，以《中考会考说明》为蓝本，不仅重视考查生物学基础知识、实验技能、探究能力等情况，而且重视考查学生对科学、技术与社会的相互关系的理解，对科学本质的理解，以及运用所学知识分析和解决问题的能力，关注学生的创新精神、环保意识、科学态度和良好习惯。这样减少了死记硬背的知识考查而突出能力和观念的考查，突出了生物科学的实验科学性质及探究思想，体现了情境态度与价值观、德育渗透及人文思想的考查，体现了探究能力、学习能力和解决问题的能力，看起来是减少了专业知识的考查，降低了生物会考的难度，但对于我们农村学生来说，无疑是增加了难度(由于农村中学的学生相应的知识面比较狭窄，理解力欠缺)。但这些对我们的教学具有不可替代导向作用。 根据我市近几年生物会考情况，面临会考的教师必须既重视《课标》和《中考会考说明》的反复学习，明确复习的方向，又把握好教材的重点，做到胸有成竹，注重基础，贴近生活，突出能力，关注情感。在复习中时刻关注这些点，教学才更有针对性。我们手中的《中考会考说明》中知识的梳理与《课标》一
致，可以通过《中考会考说明》指导学生明确中考知识的范围，明确知识的侧重点。这样教学就能有的放矢，落实到位，充分利用有限的时间，有效地提高初中生物学总复习的教学质量。 二、做好计划 从生物学科在学校位置看：复习时间只能在课堂上。生物复习课实际上是很紧张的，要提高复习的有效性，必须做好周密的复习计划，既要有远期计划，又要有近期(课时)安排。大体上确定几轮复习：第一轮，梳理教材，阶段测评。利用课本及章节过关总复习对知识进行梳理归类，突出基础知识，强化基本技能的训练。第二轮，专题训练，强化突破。对照《中考会考说明》精选综合性习题，提高学生阅读、解题、探究能力，在理解、运用、探究、实践能力上做文章。第三轮，模拟演练，实战冲刺。利用宜昌市模拟题，进行定时、定量、规范的模拟训练，培养学生规范答题的习惯，同时培养学生进行信息的获取和处理，使学生具有一定的运用知识分析问题、解决问题的能力。要明确每一轮复习的具体时间和复习方法。有了计划，就合理地安排了复习时间，才不会出现前松后紧、打无准备之仗的情况。 具体复习环节如下： 1.回归教材 复习时，一方面要紧紧围绕《课标》，另一方面从回归教材中落实双基。复习时要克服选题随意、题海战术、死记硬背的现象，这样才能真正做到回归教材，突出重点，突破难点，落实基
生物信息学实验指导 适用专业：生物技术与制药大类 生物技术 编写：解增言 生物信息学院 2014年9月
目录 实验1 在线BLAST同源序列查询 (3) 实验2 本地BLAST同源序列查询 (8) 实验3 利用ClustalX与MEGA进行多序列比对与分子系统发生树构建 (10) 实验4 利用RNAfold预测RNA二级结构 (14) 实验5 Pfam蛋白质结构域分析 (17) 实验6 利用PSSpred预测蛋白质二级结构 (19) 实验7 利用Cn3D和RasMol分析蛋白质三级结构 (21) 实验8 利用GO及EST数据分析基因功能 (24)
实验1 在线BLAST同源序列查询 一、实验目的 1．了解同源序列查询的原理和用途； 2．掌握利用NCBI在线BLAST工具查找同源序列的方法。 二、实验原理 在生物学种系发生理论中，若两个或多个结构具有相同的祖先，则称它们同源（homologous）。分子生物学中的同源指两条序列来自于一条共同的祖先序列。一般来说，相似超过一定程度的序列具有同源性。在生物信息学研究中，常用序列比对（alignment）来研究序列的同源性以及推测物种之间的关系。 最常见的比对是蛋白质序列之间或核酸序列之间的两两比对，通过比较两个序列之间的相似区域和保守性位点，寻找二者可能的分子进化关系。进一步的比对是将多个蛋白质或核酸同时进行比较，寻找这些有进化关系的序列之间共同的保守区域或位点，从而探索导致它们产生共同功能的序列模式。此外，还可以把蛋白质序列与核酸序列相比来探索核酸序列可能的表达框架；把蛋白质序列与具有三维结构信息的蛋白质相比，从而获得蛋白质折叠类型的信息。 比对还是数据库搜索算法的基础，将查询序列与整个数据库]的所有序列进行比对，从数据库中获得与其最相似序列的已有的数据，能最快速的获得有关查询序列的大量有价值的参考信息，对于进一步分析其结构和功能都会有很大的帮助。近年来随着生物信息学数据大量积累和生物学知识的整理，通过比对方法可以有效地分析和预测一些新发现基因的功能。 序列两两比对 序列比对的理论基础是进化学说，如果两个序列之间具有足够的相似性，就推测二者可能有共同的进化祖先，经过序列内残基的替换、残基或序列片段的缺失、以及序列重组等遗传变异过程分别演化而来。序列相似和序列同源是不同的概念，序列之间的相似程度是可以量化的参数，而序列是否同源需要有进化事实的验证。在残基－残基比对中，可以明显看到序列中某些氨基酸残基比其它位置上的残基更保守，这些信息揭示了这些保守位点上的残基对蛋白质的结构和功能是至关重要的，例如它们可能是酶的活性位点残基，形成二硫键的半胱氨酸残基，与配体结合部位的残基，与金属离子结合的残基，形成特定结构motif的残基等等。但并不是所有保守的残基都一定是结构功能重要的，可能它们只是由于历史的原因被保留下来，而不是由于进化压力而保留下来。因此，如果两个序列有显著的保守性，要确定二者具有共同的进化历史，进而认为二者有近似的结构和功能还需要更多实验和信息的支持。通过大量实验和序列比对的分析，一般认为蛋白质的结构和功能比序列具有更大的保守性，因此粗略的说，如果序列之间的相似性超过30%，它们就很可能是同源的。 早期的序列比对是全局的序列比较，但由于蛋白质具有的模块性质，可能由于外显子的交换而产生新蛋白质，因此局部比对会更加合理。通常用打分矩阵描述序列两两比对，两条序列分别作为矩阵的两维，矩阵点是两维上对应两个残基的相似性分数，分数越高则说明两个残基越相似。因此，序列比对问题变成在矩阵里寻找最佳比对路径，目前最有效的方法是Needleman-Wunsch动态规划算法，在此基础上又改良产生了 Smith-Waterman算法和SIM算法。在 FASTA程序包中可以找到用动态规划算法进行序列比对的工具LALIGN，它能给出多个不相互交叉的最佳比对结果。
BLAST 核酸/氨基酸序列相似性比较 Blast (Basic Local Alignment Search Tool)是一套在蛋白质数据库或DNA数据库中进行相似性比较的分析工具。BLAST程序能迅速与公开数据库进行相似性序列比较。BLA ST结果中的得分是对一种对相似性的统计说明。 BLAST 采用一种局部的算法获得两个序列中具有相似性的序列。如果您想进一步了解BLAST算法，您可以参考NCBI的BLAST Course ，该页有BLAST算法的介绍。 BLAST的功能 BLAST对一条或多条序列(可以是任何形式的序列)在一个或多个核酸或蛋白序列库中进行比对。BLAST还能发现具有缺口的能比对上的序列。 BLAST是基于Altschul等人在J.Mol.Biol上发表的方法(J.Mol.Biol.215:403-410(19 90)),在序列数据库中对查询序列进行同源性比对工作。从最初的BLAST发展到现在NC BI提供的BLAST2.0,已将有缺口的比对序列也考虑在内了。BLAST可处理任何数量的序列,包括蛋白序列和核算序列;也可选择多个数据库但数据库必须是同一类型的,即要 么都是蛋白数据库要么都是核酸数据库。 所查询的序列和调用的数据库则可以是任何形式的组合,既可以是核酸序列到蛋白库中作查询,也可以是蛋白序列到蛋白库中作查询,反之亦然。 通常根据查询序列的类型（蛋白或核酸）来决定选用何种BLAST。假如是作核酸－核酸查询，有两种BLAST供选择，通常默认为BLASTN。如要用TBLASTX也可，但记住此时不考虑缺口。 BLAST适用于本地查询。可以下载公共数据库，对于该数据库的更新和维护是必不可少的。如果要直接到网上查询也可以（即ＮetＢlast），但记住如果你认为自己的序列很有价值的话，还是谨慎为宜。 如何访问在线的BLAST功能服务? 您只要通过浏览器访问Blast主页(https://www.doczj.com/doc/234112466.html,/) 。所有的查询和分析都通过浏览器来完成，就象您在您的本地机上一样方便和快捷。 BLAST 采用一种局部的算法获得两个序列中具有相似性的序列。 Blast中常用的程序介绍： 1、BLASTP是蛋白序列到蛋白库中的一种查询。库中存在的每条已知序列将逐一地同每条所查序列作一对一的序列比对。 2、BLASTX是核酸序列到蛋白库中的一种查询。先将核酸序列翻译成蛋白序列（一条核酸序列会被翻译成可能的六条蛋白），再对每一条作一对一的蛋白序列比对。 3、BLASTN是核酸序列到核酸库中的一种查询。库中存在的每条已知序列都将同所查序列作一对一地核酸序列比对。
[生工0902] BLOSUM矩阵及其在生物 信息学中的应用 生物信息学 齐阳，汪锴，袁理 2011/11/25 什么是BLOSUM矩阵？BLOSUM矩阵有什么应用？
BLOSUM矩阵及其在生物信息学中的应用 齐阳汪锴袁理 摘要BLOSUM矩阵是一种蛋白质序列对比的算法，在生物信息学领域中被广泛应用。本文综述了BLOSUM矩阵的由来、如何构建BLOSUM矩阵和其打分规则、应用以及现代算法。并指出了BLOSUM矩阵的发展前景。 关键词BLOSUM矩阵；生物信息学；应用 0 引言 序列比对是现代生物学最基本的研究方法之一, 最常见的比对是蛋白质序列之间或核酸序列之间的两两比对，通过比较两个序列之间的相似区域和保守性位点，寻找二者可能的分子进化关系，进而可以有效地分析和预测一些新发现基因的功能。目前各种蛋白质序列对比算法主要利用一种替代矩阵来计算序列间的相似性，过去所普遍使用的Dayhoff矩阵只能用来进行相似度85%以上的序列对比「1」，为了满足大量生命科学研究的需求，1992年Henikoff夫妇从蛋白质模块数据库BLOCKS中找出一组替代矩阵，即BLOSUM系列，很好的解决了序列的远距离相关的问题，此后十几年来BLOSUM及其衍生替代矩阵已经成为蛋白质多序列对比的常用方法。 1BLOSUM矩阵概况 序列比对是现代生物学最基本的研究方法之一，常见的比对是蛋白质序列之间或核酸序列之间的两两比对，通过比较两个序列之间的相似区域和保守性位点，寻找二者可能的分子进化关系，进而可以有效地分析和预测一些新发现基因的功能。在比对两个序列时，不仅要考虑完全匹配的字符，还要考虑一个序列中的空格或间隙（或者，相反地，要考虑另一个序列中的插入部分）和不匹配，这两个方面都可能意味着突变「2」。在序列比对中，需要找到最优的比对即将匹配的数量最大化，将空格和不匹配的数量最小化。为了确定最优的比对，必须为每个比对进行评估和打分，于是引入了打分函数「3」。
高考生物的答题规范与技巧第一部分：答题规范 一、填空题的答题规范 1、审清题目再答题。坚决做到逐字逐句读题，必要时标出关键词，同时结合填空处的前后句斟酌答案。 2、自然学科都有特定的专业术语。专业术语一旦出错必不得分。对教材上的概念、名词和专业术语甚至黑体字部分要熟练掌握并运用。用生物学语言回答问题，按生物学习习惯书写(如基因型、遗传图解等)。 3、不在答题框外书写。大题目要按照题目要求的项目回答，不漏答，书写时要层次分明。 4、坚决消灭错别字。如:光合作用、C3(三碳化合物)、神经调节、受精作用、线粒体、抗利尿激素等。 二、遗传图解的规范书写 1、遗传图解的作用遗传图解是解释遗传学现象的一种工具，是高考试卷中经常考察的一种试题类型。 2、遗传图解的类型遗传图解包括竖式和棋盘式两种类型，其中竖式是经常考察的类型。 3、竖式遗传图解（一）格式及给分点①左侧标注：即在图解的每一行最左侧标明这一行代表什么。②P、F1、F2的表现型和基因型：要求每一代的表现型和基因型必须同时体现在遗传图解中。③配子前没有系数：书写的是配子基因型的种类。④子代比例：根据解释的具体遗传学问题是否要解释比例，确定子代是否带比例。⑤带母本、父本符号：题目中特别强调或提出
谁做母本谁做父本的时候就需要带出♀、♂；正交反交时必须带出♀、♂。这些在阅卷时候往往做为重要的给分点。（二）常见模式常染色体遗传中的模式①杂交②自交③测交伴性遗传中的模式①伴X遗传②XY同源区段遗传已知果蝇刚毛和截毛这对相对性状由X和Y染色体上一对等位基因控制，刚毛基因（B）对截毛基因(b)为显性。现有基因型分别为XX、XY、XX和XY 的两种果蝇)根据需要从上述四种果蝇中选择亲本，通过两代杂交，使最终获得的后代果蝇中，雌性全部表现为截毛，雄性性全部表现为刚毛，应如何进行实验？(用杂交实验的遗传图解表示即可) 4、育种中的遗传图解(和杂交育种) ①单倍体育种遗传图解②杂交育种遗传图解小麦品种是纯合体，生产上用种子繁殖，现要选育矮杆（aa）、抗病（BB）的小麦新品种；请设计小麦品种间杂交育种程序，要求用遗传图解表示并加以简要文字说明。(写出包括亲本在内的前三代即可)。种植F代，选矮杆、抗病(aaB_)，继续自交，直到不发生性状分离为止 5、关于正交反交的遗传图解 6、棋盘式遗传图解的格式及给分点在雌雄个体产生的配子种类较多的时候，如果用竖式遗传图解表示会很乱，但用棋盘式遗传图解却可以很清楚的把问题表述清楚。（一）格式及给分点1、表头：表头中应标出雌配子和雄配子。2、横行和竖行：应对应填写雌雄配子的基因型和概率。3、棋盘中内容：应对应填写子代的每种基因型表现型及概率。 （二）常见模式已知鸡冠的形状是由常染色体上的基因控制的，在研究鸡冠形状的遗传过程中发现：以蔷薇冠的鸡与豌豆冠的鸡杂交，F代全部表现为胡桃冠鸡，F相互交配，F中出现：胡桃冠:蔷薇冠:豌豆冠:单片冠=9:3:3:1。
生物信息学复习题 一、名词解释 生物信息学, 二级数据库, FASTA序列格式, genbank序列格式, Entrez，BLAST，查询序列（query），打分矩阵（scoring matrix），空位（gap），空位罚分，E 值, 低复杂度区域，点矩阵（dot matrix），多序列比对，分子钟，系统发育（phylogeny），进化树的二歧分叉结构，直系同源，旁系同源，外类群，有根树，除权配对算法（UPGMA），邻接法构树，最大简约法构树，最大似然法构树，一致 树（consensus tree），bootstrap，开放阅读框（ORF），密码子偏性（codon bias），基因预测的从头分析法，结构域（domain），超家族，模体（motif），序列表谱（profile），PAM矩阵，BLOSUM，PSI-BLAST，RefSeq，PDB数据库，GenPept， 折叠子，TrEMBL，MMDB，SCOP，PROSITE，Gene Ontology Consortium，表谱（profile）。 二、问答题 1）生物信息学与计算生物学有什么区别与联系？ 2）试述生物信息学研究的基本方法。 3）试述生物学与生物信息学的相互关系。 4）美国国家生物技术信息中心（NCBI）的主要工作是什么？请列举3个以上NCBI 维护的数据库。 5）序列的相似性与同源性有什么区别与联系？ 6）BLAST套件的blastn、blastp、blastx、tblastn和tblastx子工具的用途 什么？ 7）简述BLAST搜索的算法。 8）什么是物种的标记序列？ 9）什么是多序列比对过程的三个步骤？ 10）简述构建进化树的步骤。 11）简述除权配对法（UPGMA）的算法思想。 12）简述邻接法（NJ）的算法思想。 13）简述最大简约法（MP）的算法思想。 14）简述最大似然法（ML）的算法思想。 15）UPGMA构树法不精确的原因是什么？ 16）在MEGA2软件中，提供了多种碱基替换距离模型，试列举其中2种，解释其 含义。 17）试述DNA序列分析的流程及代表性分析工具。 18）如何用BLAST发现新基因？ 19）试述SCOP蛋白质分类方案。 20）试述SWISS-PROT中的数据来源。 21）TrEMBL哪两个部分？ 22）试述PSI-BLAST 搜索的5个步骤。 三、操作与计算题 1）如何获取访问号为U49845的genbank文件？解释如下genbank文件的LOCUS行提供的信息： LOCUS SCU49845 5028 bp DNA linear PLN 21-JUN-1999 2）利用Entrez检索系统，对核酸数据搜索，输入如下信息，将获得什
生物序列分析中几个典型算法介绍 生物信息学研究背景与方向 序列家族的序列谱隐马尔可夫模型（Profile HMMs for sequence families ） 模体识别（Motif Discovery ） 刘立芳计算机学院西安电子科技大学 生物秀－专心做生物！ ｗｗｗ．ｂｂｉｏｏ．ｃｏｍ
背景知识 DNA脱氧核糖核酸 1、DNA的分子组成 核甘(nucleotides) ?磷酸盐(phosphate) ?糖(sugar) ?一种碱基 9腺嘌呤(A denine) 9鸟嘌呤(G uanine) 9胞嘧啶(C ytosine) 9胸腺嘧啶(T hymine) 2、碱基的配对原则 ?A(腺嘌呤)—T(胸腺嘧啶) ?C(鸟嘌呤)—G(胞嘧啶)
3、一个嘌呤基与一个嘧啶基通过氢键联结成一个碱基对。 4、DNA分子的方向性 5’→3’ 5、DNA的双螺旋结构
RNA、转录和翻译 1、RNA(核糖核酸)：单链结构、尿嘧啶U代替胸腺嘧啶T、位于细胞核和细胞质中。 2、转录: DNA链→RNA链信使RNA(mRNA)，启动子。 3、翻译: mRNA上携带遗传信息在核糖体中合成蛋白质的过程。 变异 1、进化过程中由于不正确的复制，使DNA内容发生局部的改变。 2、变异的种类主要有以下三种： 9替代(substitution) 9插入或删除(insertion or deletion) 9重排(rearrangement)
基因 intron exon
基因组 任何一条染色体上都带有许多基因，一条高等生物的染色体上可能带有成千上万个基因，一个细胞中的全部基因序列及其间隔序列统称为genomes（基因组）。 人类基因组计划（Human Genome Project） 基因的编码 1、基因编码是一个逻辑的映射，表明存储在DNA和mRNA中的基因信息决定什么样的蛋白质序列。 2、每个碱基三元组称为一个密码子(codon) 3、碱基组成的三元组的排列共有43＝64种，而氨基酸共有20种类型，所以不同的密码子可能表示同一种氨基酸。
学好高中生物的方法和技巧！ 有的学生反映，自己挺努力的，可是生物怎么学都学不好，是不是自己方法不对？三好网名师告诉大家，理科学习，一方面需要大量精力的投入，另一方面，需要自己不断地思考和总结，举一反三，融会贯通。 1．构建知识网络。 学生在学习生物的过程中，首先必须抓住生命基本特征这根主线，理清每个章节的基础知识和基本内容，把所学内容有机地与人类的生产实践、日常生活相结合，此外，还要密切关注生物科技的最新发展动态。 (1)把握知识的纵向衔接，使知识连成一片。 生物知识间有着密切的内在联系，例如第二章生命的基础中，了解生命的物质基础为掌握生命的结构基础作了铺垫，而生命的物质基础和生命的结构基础又给理解细胞的分裂打下了伏笔；又如遗传和变异这一章，不知道分离规律的实质根本无法继续学习自由组合规律。
(2)关注知识的横向联系，使知识更加系统化、立体化。 生物学科中的章节之间既有递进关系，也有并列关系，内容互相联系，互相渗透，因此，学生要牢牢抓住生命的基本特征这根主线，丰富知识的内涵，扩大知识的外延，把生物知识汇成一张完整的网络。 2．完善理论体系。 生物学的理论是大量的，它们贯穿在各个章节之中，如细胞学说、自然选择学说、基因理论、生态平衡理论等，因此，在学习生物学时，除了专用名词概念以外，一些基本理论也是学生必须牢固掌握的内容。 (1)用科学的理论来解释周围的事物和现象。 为什么人会有“白化病”、“白痴病”？为什么要禁止近亲结婚？为什么说人不是上帝或神创造的，而是从古类人猿进化来的？为什么人类要保护鸟类？对于诸如此类的问题，学生都应当运用正确的理论去合理解释，从而使人们能够自觉破除迷信、反对邪教。
生物信息学中的序列比对算法 张永１，王瑞２ （１．南昌航空大学计算机学院，江西南昌３３００６３；２．江西大宇职业技术学院，江西南昌３３００３８） 摘要：生物信息学是以计算机为工具对生物信息进行储存、检索和分析的科学。序列比对是生物信息学中的一个基本问题，设计快速而有效的序列比对算法是生物信息学研究的一个重要内容，通过序列比较可以发现生物序列中的功能、结构和进化的信息，序列比较的基本操作是比对。本文介绍了序列比对算法的发展现状，描述了常用的各类序列比对算法，并分析了它们的优劣。 关键词：生物信息学；双序列比对；多序列比对 中图分类号：ＴＰ３０１文献标识码：Ａ文章编号：１００９－３０４４（２００８）０３－１０１８１－０４ ＳｅｑｕｅｎｃｅＡｌｉｇｎｍｅｎｔＡｌｇｏｒｉｔｈｍｓｉｎＢｉｏｉｎｆｏｒｍａｔｉｃｓ ＺＨＡＮＧＹｏｎｇ１，ＷＡＮＧＲｕｉ２ （１．ＳｃｈｏｏｌｏｆＣｏｍｐｕｔｉｎｇ，ＮａｎｃｈａｎｇＨａｎｇｋｏｎｇＵｎｉｖｅｒｓｉｔｙ，Ｎａｎｃｈａｎｇ３３００６３，Ｃｈｉｎａ；２．ＪｉａｎｇｘｉＤａｙｕＶｏｃａｔｉｏｎａｌＩｎｓｔｉｔｕｔｅ，Ｎａｎｃｈａｎｇ３３００３８，Ｃｈｉｎａ） Ａｂｓｔｒａｃｔ：Ｂｉｏｉｎｆｏｒｍａｔｉｃｓｉｓｔｈｅｓｕｂｊｅｃｔｏｆｕｓｉｎｇｃｏｍｐｕｔｅｒｔｏｓｔｏｒｅ，ｒｅｔｒｉｅｖｅａｎｄａｎａｌｙｚｅｂｉｏｌｏｇｉｃａｌｉｎｆｏｒｍａｔｉｏｎ．Ｓｅｑｕｅｎｃｅａｌｉｇｎｍｅｎｔｉｓａｂａ－ｓｉｃｐｒｏｂｌｅｍｉｎＢｉｏｉｎｆｏｒｍａｔｉｃｓ，ａｎｄｉｔｓｍａｉｎｒｅｓｅａｒｃｈｗｏｒｋｉｓｔｏｄｅｖｅｌｏｐｒａｐｉｄａｎｄｅｆｆｅｃｔｉｖｅｓｅｑｕｅｎｃｅａｌｉｇｎｍｅｎｔａｌｇｏｒｉｔｈｍｓ．Ｗｅｍａｙｄｉｓｃｏｖ－ｅｒｆｕｎｃｔｉｏｎａｌ，ｓｔｒｕｃｔｕｒａｌａｎｄｅｖｏｌｕｔｉｏｎａｒｙｉｎｆｏｒｍａｔｉｏｎｉｎｂｉｏｌｏｇｉｃａｌｓｅｑｕｅｎｃｅｓｂｙｓｅｑｕｅｎｃｅｃｏｍｐａｒｉｎｇ．Ｔｈｉｓｐａｐｅｒｉｎｔｒｏｄｕｃｅｓｔｈｅｄｅｖｅｌｏｐ－ｍｅｎｔａｃｔｕａｌｉｔｙｏｆｓｅｑｕｅｎｃｅａｌｉｇｎｍｅｎｔａｌｇｏｒｉｔｈｍｓ，ｄｅｓｃｒｉｂｅｓｖａｒｉｅｔｙｏｆｓｅｑｕｅｎｃｅａｌｉｇｎｍｅｎｔａｌｇｏｒｉｔｈｍａｎｄａｎａｌｙｓｅｓｔｈｅａｄｖａｎｔａｇｅｓａｎｄｄｉｓａｄ－ｖａｎｔａｇｅｓｏｆｔｈｅｍ． Ｋｅｙｗｏｒｄｓ：Ｂｉｏｉｎｆｏｒｍａｔｉｃｓ；ＰａｉｒｗｉｓｅＳｅｑｕｅｎｃｅＡｌｉｇｎｍｅｎｔ；ＭｕｌｔｉｐｌｅＳｅｑｕｅｎｃｅＡｌｉｇｎｍｅｎｔ １引言 生物信息学是８０年代末随着人类基因组计划的启动而兴起的一门新的交叉学科，最初常被称为基因组信息学。生物信息学是在生命科学的研究中，以计算机为工具对生物信息进行储存、检索和分析的科学。它是当今生命科学和自然科学的重大前沿领域之一，同时也将是２１世纪自然科学的核心领域之一。其研究重点主要体现在基因组学和蛋白组学两方面，具体说，是从核酸和蛋白质序列出发，分析序列中表达结构与功能的生物信息。 生物信息学的研究重点主要体现在基因组学和蛋白质学两方面，具体地说就是从核酸和蛋白质序列出发，分析序列中表达结构和功能的生物信息。生物信息学的基本任务是对各种生物分析序列进行分析，也就是研究新的计算机方法，从大量的序列信息中获取基因结构、功能和进化等知识。在从事分子生物学研究的几乎所有实验室中，对所获得的生物序列进行生物信息学分析已经成为下一步实验之前的一个标准操作。而在序列分析中，将未知序列同已知序列进行相似性比较是一种强有力的研究手段，从序列的片段测定，拼接，基因的表达分析，到ＲＮＡ和蛋白质的结构功能预测，物种亲缘树的构建都需要进行生物分子序列的相似性比较。例如，有关病毒癌基因与细胞癌基因关系的研究，免疫分子相互识别与作用机制的研究，就大量采用了这类比较分析方法。这种相似性比较分析方法就称为系列比对（ＳｅｑｕｅｎｃｅＡｌｉｇｎｍｅｎｔ）。目前，国际互联网上提供了众多的序列比对分析软件。然而，不同的分析软件会得到不同的结果，同时所使用的参数在很大程度上影响到分析的结果。有时常常会由于采用了不合适的参数而丢失了弱的但却具有统计学显著性意义的主要信息，导致随后的实验研究走弯路。因此，生物信息学中的序列比对算法的研究具有非常重要的理论与实践意义。 序列比对问题根据同时进行比对的序列数目分为双序列比对和多序列比对。双序列比对有比较成熟的动态规划算法，而多序列比对目前还没有快速而又十分有效的方法。一般来说，评价生物序列比对算法的标准有两个：一为算法的运算速度，二为获得最佳比对结果的敏感性或准确性。人们虽已提出众多的多序列比对算法，但由于问题自身的计算复杂性，它还尚未得到彻底解决，是 收稿日期：２００７－１１－２５ 基金资助：南昌航空大学校自选（ＥＣ２００７０６０８６） 作者简介：张永（１９７７－），男，硕士，辽宁铁岭人，南昌航空大学计算机学院讲师，研究方向：生物信息学、信息处理；王瑞（１９７７－），男，江西大宇职业技术学院外语系助教。
高考生物选择题的解题技巧与方法 一、选择题的基本类型及解答策略 要提高做选择题的技巧和方法，我们首先来分析一下选择题的类型。虽然选择题包括的信息量大、知识覆盖面广，考查内容也不固定，但仔细分析，却不难发现选择题可以分为以下几种常见类型： 1、判断型选择题。判断型选择题是选择题中最常见的题型，题目中常常以“下列说法或描述正确的、不正确的、合理的、不合理的”等语句作出明确要求。这类题型在选材上，主要侧重于考查课本上的基本概念、基本原理及相关知识点的应用。又可分为概念迷惑型、表述绝对型、新词干扰型、直接判断型、分析判断型、实验评价型等。解答这种类型的选择题，最重要的是正确理解生物学基本概念、基本知识和原理的内涵和外延，正确辩析各种生命现象，运用直选法、排除法、推理法等进行综合分析，最终作出正确判断。 2、图表型选择题。图表型选择题常借助题图设置的新情景和提供的新材料来考查考生对基础知识和基本技能的掌握情况，识图、识表的能力，以及知识迁移能力，获取和整理图表信息的能力等。即主要考查考生判断、推理、分析、综合等多个方面的思维能力。该题型主要包括表格、曲线图、柱型图、实验装置图、生理功能示意图、遗传系谱图等等。解答这种类型的选择题，应认真读图表，仔细观察和比较，找出图表中所给的各种有效信息，并确定各要素在图表中的含义；另外还要仔细分析图表，寻求图表中各要素间的关系并尽量使用生物学术语进行描述，必要时可以进行图表的转换，最终通过剖析图表、运用图表特征和规律来解决具体问题。 3、组合型选择题。组合型选择题一般包括异同组合型、排序组合型和综合比较型等，是由多项选择题演变而来的单项选择题。该题型考查的知识范围较广，而且会设置一些模糊概念、或将因果倒置、以偏概全等等。主要考查考生的分析综合能力、概念辩析能力、实验操作能力等。解答这种类型的选择题，首先是审题要仔细，充分研究题干的要求；其次是辩析题支，要对题支表述的正确
生物难点的命题趋势和学习方法 （课内基础不再详述，以下部分想冲高分的同学可以参考一下） 总的来说，高考生物命题的趋势是越来越走向灵活化了，生物不再是一门靠死记硬背就能得高分的学科了。 当前版本教材投入使用也有一些年头了，常规知识点在往年命题过程中早已出尽，大家都掌握的知识点也不利于拉开差距。于是命题人剑走偏锋，命题不断得创新化，纵观今年各区一、二模拟，各类课外知识或课内一笔带过的知识层出不穷，这也就对学生的思维逻辑能力、课外知识面提出了更高的要求。 所以我提醒各位高三考生及即将升至高三的生物考生这么几点： 一、落实教材，细节全攻克：总是有同学觉得学科知识是有重点、考点的，剩余教材上的一些部分就不需要太过于关注了。很不幸地告诉你，高中生物不存在所谓重点与非重点，而应该是非常重要和一般重要之分，它们都可能会出现在你的试卷上。这与高中阶段的生物特点相符合，难度不高，所以只能追求知识的广度了。所以各位，书上诸如《广角镜》、《思考与发现》等版块，都务必去看一下，哪怕留个印象也好。说的极端一些，四册书上的每一幅插图和每一段文字（除了英语），都应该去看一遍。 易被忽视的点举例：
1.胆固醇在细胞膜上的作用（第一册-细胞结构） 2.昆虫：保幼激素、蜕皮激素（第二册-内分泌） 3.激素：促胰液素、肠抑胃素、心钠素（心房利钠肽）【心房利钠肽已在模拟考中出现过】（第二册-内分泌） 4.光抑制、光照对植物开花的影响（第二册-植物激素） 如果你发现以上内容你从未看到过，那么证明你的确忽视了教材，抓紧时间再仔仔细细看一遍教材吧，很多偏门的知识点等你来发掘。 二、求其解，更要求其甚解：课内知识点很多，切忌死记硬背，很多课内知识应当了解一些它的背景知识，更加有助于掌握。当然，如果学校生物老师做一些这方面的引导与拓展那是最好，如果生物老师不是很理想，那就要靠大家自身去挖掘了（这点特别针对高二同学而言，高三同学目前做这项工作也应来不及了） 例： 课内知识点-在柱头涂抹生长素，形成无籽番茄 这个知识点要想真正掌握就必须首先掌握花的结构：
核酸和蛋白质序列分析 蛋白质, 核酸, 序列 关键词：核酸序列蛋白质序列分析软 件 在获得一个基因序列后，需要对其进行生物信息学分析，从中尽量发掘信息，从而指导进一步的实验研究。通过染色体定位分析、内含子／外显子分析、ORF分析、表达谱分析等，能够阐明基因的基本信息。通过启动子预测、CpG岛分析和转录因子分析等，识别调控区的顺式作用元件，可以为基因的调控研究提供基础。通过蛋白质基本性质分析，疏水性分析，跨膜区预测，信号肽预测，亚细胞定位预测，抗原性位点预测，可以对基因编码蛋白的性质作出初步判断和预测。尤其通过疏水性分析和跨膜区预测可以预测基因是否为膜蛋白，这对确定实验研究方向有重要的参考意义。此外，通过相似性搜索、功能位点分析、结构分析、查询基因表达谱聚簇数据库、基因敲除数据库、基因组上下游邻居等，尽量挖掘网络数据库中的信息，可以对基因功能作出推论。上述技术路线可为其它类似分子的生物信息学分析提供借鉴。本路线图及推荐网址已建立超级链接，放在北京大学人类疾病基因研究中心网站（https://www.doczj.com/doc/234112466.html,/science/bioinfomatics.htm）,可以直接点击进入检索网站。 下面介绍其中一些基本分析。值得注意的是，在对序列进行分析时，首先应当明确序列的性质,是mRNA序列还是基因组序列？是计算机拼接得到还是经过PCR扩增测序得到？是原核生物还是真核生物？这些决定了分析方法的选择和分析结果的解释。 （一）核酸序列分析 1、双序列比对（pairwise alignment） 双序列比对是指比较两条序列的相似性和寻找相似碱基及氨基酸的对应位置，它是用计算机进行序列分析的强大工具，分为全局比对和局部比对两类，各以Needleman-Wunsch 算法和Smith-Waterman算法为代表。由于这些算法都是启发式（heuristic）的算法，因此并没有最优值。根据比对的需要，选用适当的比对工具，在比对时适当调整空格罚分（gap penalty）和空格延伸罚分（gap extension penalty），以获得更优的比对。 除了利用BLAST、FASTA等局部比对工具进行序列对数据库的搜索外，我们还推荐使用EMBOSS软件包中的Needle软件（http://bioinfo.pbi.nrc.ca:8090/EMBOSS/），和Pairwise BLAST （https://www.doczj.com/doc/234112466.html,/BLAST/）。以上介绍的这些双序列比对工具的使用都比较简单，一般输入所比较的序列即可。 （1）BLAST和FASTA FASTA（https://www.doczj.com/doc/234112466.html,/fasta33/）和BLAST （https://www.doczj.com/doc/234112466.html,/BLAST/）是目前运用较为广泛的相似性搜索工具。这两
——古 A．名词解释 1. 生物信息学：广义是指从事对基因组研究相关的生物信息的获取，加工，储存，分配，分析和解释。狭义是指综合应用信息科学，数学理论，方法和技术，管理、分析和利用生物分子数据的科学。 2. 基因芯片：将大量已知或未知序列的DNA片段点在固相载体上，通过物理吸附达到固定化（cDNA芯片），也可以在固相表面直接化学合成，得到寡聚核苷酸芯片。再将待研究的样品与芯片杂交，经过计算机扫描和数据处理，进行定性定量的分析。可以反映大量基因在不同组织或同一组织不同发育时期或不同生理条件下的表达调控情况。 3. NCBI：National Center for Biotechnology Information.是隶属于美国国立医学图书馆（NLM）的综合性数据库，提供生物信息学方面的研究和服务。 4. EMBL：European Molecular Biology Laboratory.EBI为其一部分，是综合性数据库，提供生物信息学方面的研究和服务。 5. 简并引物：PCR引物的某一碱基位置有多种可能的多种引物的混合体。 6. 序列比对：为确定两个或多个序列之间的相似性以至于同源性，而将它们按照一定的规律排列。
7. BLAST：Basic Local Alignment Search Tool.是通过比对(alignment)在数据库中寻找和查询序列(query)相似度很高的序列的工具。 8. ORF：Open Reading Frame.由起始密码子开始，到终止密码子结束可以翻译成蛋白质的核酸序列，一个未知的基因，理论上具有6个ORF。 9. 启动子：是RNA聚合酶识别、结合并开始转录所必须的一段DNA序列。原核生物启动子由上游调控元件和核心启动子组成，核心启动子包括-35区（Sextama box）TTGACA，-10区（Pribnow Box）TATAAT，以及+1区。真核生物启动子包括远上游序列和启动子基本元件构成，启动子基本元件包括启动子上游元件（GC岛，CAAT盒），核心启动子（TATA Box，+1区帽子位点）组成。 10. motif：模体，基序，是序列中局部的保守区域，或者是一组序列中共有的一小段序列模式。 11. 分子进化树：通过比较生物大分子序列的差异的数值重建的进化树。 12. 相似性：序列比对过程中用来描述检测序列和目标序列之间相似DNA碱基或氨基酸残基序列所占的比例。 同源性：两个基因或蛋白质序列具有共同祖先的结论。13.