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第三章 序列比对 回顾 ：DNA DNA的分子组成 核甘(nucleotides) 磷酸根(phosphate) 糖(sugar) 四种碱基 腺嘌呤(Adenine) 鸟嘌呤(Guanine) 胞嘧啶(Cytosine) 胸腺嘧啶(Thymine) 碱基的配对原则 A(腺嘌呤)—T(胸腺嘧啶) G(鸟嘌呤)—C (胞嘧啶) 一个嘌呤基与一个嘧啶基通过氢键联结成一个碱基对 DNA分子的方向性 5→3 DNA的双螺旋结构 碱基对之间的互补能力 DNA的复制 在DNA解旋酶的作用下两条链分离开，分别作为一个模板，在聚合酶的作用下合成一条新链 突变（mutation） 进化过程中由于不正确的复制，使DNA内容发生局部的改变。 突变的种类主要有以下三种： 替代(substitution) 插入或删除(insertion or deletion) 重排(rearrangement) 点突变（point mutation） 只影响DNA序列中一个核苷酸的改变 只有当点突变发生在编码区域或者是信号序列，从而导致功能上的改变时，这种突变才是有意义的 片段突变（segmental mutation） 影响任何位置中从几个到几百个相邻核苷酸的改变 可能导致较长DNA片段的插入或缺失，也可导致整个基因的重复或者染色体的大片段重复，从而导致遗传事件的发生 通过对DNA序列以及大范围内乃至整个基因组的比较研究，为进一步理解突变事件何时发生，怎样发生，突变的种群如何保留等进化问题提供了量化依据 辅以数学模型、统计分析以及相关计算机技术，为从分子学水平上定量分析生物进化提供了工具 序列比对的概念 序列比对：是在两条或多条序列中寻找按照相同次序排布的一连串的单个字符或字符模块的过程 序列比对是生物信息学中最基本、最重要的操作，通过序列比对可发现生物序列中的功能、结构和进化方面的信息 序列比对的特点 序列比对是一种关于序列相似性的定性描述，它反映了序列什么部分相似，什么部分存在差别 序列比对的根本任务 通过比较生物分子序列，发现它们的相似性，找出序列之间共同的区域，同时辨别序列间的差异 研究序列相似性的目的 通过相似的序列，推得相似的结构或功能 通过序列的相似性，判断序列的同源性，推测序列间的进化关系 序列比对的应用领域 实验结果的比较 一般长度相近，相似程度高 大规模DNA测序中序列片段的组装与拼接 检测一条序列的前缀与另一条序列的后缀是否相似 序列有哪些信誉好的足球投注网站 判断一条序列是否为另一条序列的子序列，用于特定序列模式的有哪些信誉好的足球投注网站 保守序列有哪些信誉好的足球投注网站 判断两条序列中是否有非常相似的子序列 保守序列（Conserved Sequence）：指DNA分子中的一个核苷酸片段或蛋白质中的氨基酸片段，它们在进化中保持不变 序列比对种类 局部比对（Local Alignment）：寻找序列中相似度最高的子序列区域 全局比对（Global Alignment）：将两条完整序列从头到尾进行比较，试图使尽可能多的字符出现在同一列 序列比对中涉及的关键问题 用来评估比对的计分系统 用来找到最佳比对的运算法则 不同的比对方式 生物序列之间的关系 序列的相似性度量 编辑距离（distance） 两个序列间的距离：从一个序列变化到另一个序列所需的变化的量 变化包括：插入（insert）、删除（delete）、替换（substitution） 序列间的距离越大，差异就越大 如：“AATTGGCG”与“AATCGGC”可以看作替换第四个字母，删除最后一个字母，故两序列距离为2 如果两个序列之间相似性较高，则可以推测二者在进化上可能具有相同的祖先，即二者可能同源 序列比对可以发现隐含在生物序列中的功能、结构以及进化方面的信息 相似性与同源性 相似性(Similarity)：指序列比对中用来描述检测序列和目标序列间具有相同DNA碱基/氨基酸残基顺序所占比例的高低 相似性本身的含义，并不要求与进化起源是否同一，与亲缘关系的远近、甚至与结构与功能有什么联系 同源性(homology)：如果两序列有一个共同的进化祖先，那么称其为同源的。当两序列同源时，它们的氨基酸/核苷酸序列通常有显著的一致性（identity）。 当相似程度高于50%时，易推测检测序列和目标序列可能是同源序列；而当相似性程度低于20%时，就难以确定二者是否具有同源性 两序列或者同源，或者不同源，所谓“具有50%同源性”，或“这些序列高度同源”等说法，都是不确切的 同源有两种不同的情况即垂直方向(orthology)与水平方向(paralogy) 直系同源(orthology)：是比较基因组学中最重要的定义 在进化上起源于一个始祖基因并垂直传递(verticaldescent)的同源基因； 分布于两种或两种以上物种的基因组； 功