《生物信息学》课程大作业

西安交通大学实验报告

课程 生物信息学 实验名称 双序列比对

系 别 实 验 日 期 年 月 日

专业班级

组别_______ 实 验 报 告 日 期 年 月 日

姓 名 学号 报 告 退 发 ( 订正 、 重做 )

同 组 人_________________________________ 教 师 审 批 签 字

实验目的：1、练习使用动态规划算法进行双序列比对；

2、理解打分矩阵和参数对；

3、双序列比对结果的影响；

4、理解动态规划算法的原理。

实验步骤：

1、 RNP1 和RNP2 是否得到比对（选择至少三个（差别大的）空位罚分和延伸值来进行比对）

/Tools/psa/emboss_needle/

图1,空位罚分为10分，延伸度0.5, 图2,空位罚分5分，延伸度0.4,

结果：比对成功 结果：比对成功

图3，空位罚分1分，延伸度0.2,结果：比对成功

2、a.算法找到了RNP1 和 RNP2 的正确比对如下图。

b. 当空位开启罚分高时，结果发生什么变化

图2-1 空位罚分10，延伸度0.5时的比对结果如下图：

图2-2 空位罚分25，延伸度0.5时的比对结果如下：

对比两图可发现，当延伸度维持0.5不变，空位罚分由10上升到25，其比对结果未发生明显变化,当延伸度维持1和2同样操作后仍未发生明显变化。当开启高空位罚分时，应该出现的结果是，两条序列的比对中间隔空位数变多，但在实验中的结果没有差别，这可能是由于比对的两条序列同源性太高所致。

C、当空位延伸罚分高时，结果发生什么变化

图2-3 空位罚分为1，延伸度罚分为0.5时，比对结果如下：

生物信息学（五篇范例）

第一篇：生物信息学

生物信息学（Bioinformatics）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(Genomics)和蛋白质组学(Proteomics)两方面，具体说就是从核酸和蛋白质序列出发，分析序列中表达的结构功能的生物信息。

具体而言，生物信息学作为一门新的学科领域，它是把基因组DNA序列信息分析作为源头，在获得蛋白质编码区的信息后进行蛋白质空间结构模拟和预测，然后依据特定蛋白质的功能进行必要的药物设计。基因组信息学,蛋白质空间结构模拟以及药物设计构成了生物信息学的3个重要组成部分。从生物信息学研究的具体内容上看，生物信息学应包括这3个主要部分：(1)新算法和统计学方法研究；(2)各类数据的分析和解释；(3)研制有效利用和管理数据新工具。

生物信息学是一门利用计算机技术研究生物系统之规律的学科。目前的生物信息学基本上只是分子生物学与信息技术（尤其是因特网技术）的结合体。生物信息学的研究材料和结果就是各种各样的生物学数据，其研究工具是计算机，研究方法包括对生物学数据的搜索（收集和筛选）、处理（编辑、整理、管理和显示）及利用（计算、模拟）。1990年代以来，伴随着各种基因组测序计划的展开和分子结构测定技术的突破和Internet的普及，数以百计的生物学数据库如雨后春笋般迅速出现和成长。对生物信息学工作者提出了严峻的挑战：数以亿计的ACGT序列中包涵着什么信息？基因组中的这些信息怎样控制有机体的发育？基因组本身又是怎样进化的？

生物信息学的另一个挑战是从蛋白质的氨基酸序列预测蛋白质结构。这个难题已困扰理论生物学家达半个多世纪，如今找到问题答案要求正变得日益迫切。诺贝尔奖获得者W.Gilbert在1991年曾经指出：“传统生物学解决问题的方式是实验的。现在，基于全部基因都将知晓，并以电子可操作的方式驻留在数据库中，新的生物学研究模式的出发点应是理论的。一个科学家将从理论推测出发，然后再回到实验中去，追踪或验证这些理论假设”。生物信息学的主要研究方向： 基因组学系统生物学-比较基因组学，1989年在美国举办生物化学系统论与生物数学的计算机模型国际会议，生物信息学发展到了计算生物学、计算系统生物学的时代。

⽣物信息学论⽂

⽣物信息学课程论⽂⼀个⽟⽶ Mlo 基因的电⼦克隆与⽣物信息学分析

姓名：

学号：

班级：⽣科2班

⼀个⽟⽶ Mlo 基因的电⼦克隆与⽣物信息学分析

摘要：Mlo 基因家族在植物抗病⽅⾯有极⼤的优势，但有些 Mlo 基因的功能还未知。经序列拼接电⼦克隆得到 1 个⽟⽶的 Mlo

基因，采⽤⽣物信息学⽅法预测分析了编码蛋⽩的⼀、⼆、三级结构，并对其功能进⾏了预测。结果表明：⽟⽶ Mlo 基因编码

的蛋⽩有⼀个保守的 DUF1084 结构域，此结构域功能在植物中尚未知。⽣物信息学分析表明，此蛋⽩很可能是⼀种类似于 G

蛋⽩偶联受体的膜结合转运蛋⽩⽽参与到信号传递过程中。

关键词：⽟⽶；Mlo 基因；电⼦克隆；⽣物信息学

植物在长期的⽣物进化中形成了⼀系列复杂⽽严密的防御机制，使⾃⾝免受病原物的侵害[1，2]。抗病基因是植物防御体系中

的最重要组成部分。Mlo 基因最初在⼤麦中被发现，这类基因在植物中编码⼀个七次跨膜结构域的蛋⽩家族，可能起到与 G 蛋

⽩偶联受体(G Protein Coupled Receptor，GPCR)类似的功能。他们的拓扑结构、亚细胞定位和序列多样化与动物和真菌的 G

蛋⽩偶联受体很相似。野⽣型 mlo 基因赋予⼤麦对⽩粉菌的⼴谱抗性[3]。⽩粉病是由⽩粉菌引起的真菌性病害，⽩粉菌能侵染650 多种单⼦叶植物和 9 000 多种双⼦叶植物[4，5]。⽬前已对拟南芥、⽔稻和杨树中的 Mlo 基因家族有深⼊的研究[6]。

电⼦克隆法是近年来基于表达序列标签(Expressed Sequence Tag，EST)和基因组数据库发展起来的基因克隆新型技术[7]，具

有效率⾼、成本低、对实验条件要求低等特点。因此可以快速获得⼀些新基因，从⽽使新基因的应⽤成为可能。挖掘⽟⽶中未

知的抗病基因对⽟⽶的抗病育种有很⼤帮助。本研究以⽟⽶为材料，对其中的⼀个 Mlo 基因进⾏电⼦克隆，并对其进⾏部分⽣

物信息学⽅⾯分析，为⽟⽶ Mlo 基因的应⽤及⽟⽶的抗病育种提供理论依据。

一、实训背景

随着生物科学和信息技术的发展，生物信息学作为一门新兴交叉学科，已成为生物科学研究的重要组成部分。为了提高学生对生物信息学理论与实践的结合能力，我们学院特开设了生物信息学实训课程。本次实训旨在通过实际操作，让学生深入了解生物信息学的基本原理、常用工具和数据分析方法，培养学生的实验技能和科研思维。

二、实训目标

1. 理解生物信息学的基本概念、研究内容和应用领域。

2. 掌握生物信息学常用工具的使用方法，如BLAST、Clustal Omega、MEGA等。

3. 学会利用生物信息学方法进行基因序列分析、蛋白质结构预测和功能注释。

4. 提高实验操作技能和科研思维能力。

三、实训内容

本次实训共分为三个部分：理论学习、实验操作和项目实践。

（一）理论学习

1. 生物信息学基础：介绍生物信息学的定义、发展历程、研究内容和方法。

2. 生物序列分析：讲解基因序列、蛋白质序列的基本概念，以及序列比对、序列聚类等分析方法。

3. 蛋白质结构预测：介绍蛋白质结构预测的基本原理和方法，如同源建模、折叠识别等。

4. 功能注释：讲解基因和蛋白质的功能注释方法，如基于序列的注释、基于结构的注释等。

（二）实验操作

1. 序列比对：使用BLAST工具进行序列比对，分析序列的同源性。

2. 序列聚类：使用Clustal Omega工具进行序列聚类，分析序列的进化关系。

3. 蛋白质结构预测：使用MEGA工具进行蛋白质结构预测，分析蛋白质的三维结构。

4. 功能注释：使用Gene Ontology（GO）数据库进行基因和蛋白质的功能注释。 （三）项目实践

1. 基因组注释：以某物种基因组为研究对象，进行基因预测和功能注释。

2. 蛋白质相互作用网络构建：以某物种蛋白质组为研究对象，构建蛋白质相互作用网络，分析蛋白质之间的相互作用关系。

四、实训过程

1. 准备阶段：学生通过查阅资料、阅读文献，了解实训内容，并提前学习相关软件的使用方法。