凶案现场的生物信息学_基于序列相似性的分子功能注释

凶案现场的生物信息学_基于序列相似性的分子功能注释_砺行生命科学

实验三　凶案现场的生物信息学——基于序列相似性的分子功能注释

机场候机大厅发现了一具外国游客的尸体，在尸体边上有一个装有类似牛奶的饮料的纸盒，初步怀疑这可能跟受害者的死因有关。针对该饮料的生物化学分析发现，除了小分子主要是蔗糖外，还有四种未知蛋白。作为生物信息学家和福尔摩斯探案的爱好者，你被警方邀请帮助分析受害者可能的死因。因此，你的工作就是采用计算机和网络对这4种蛋白进行分析，找出游客死亡的可能原因。

1.上机实验步骤

可疑蛋白的识别:下面是4个蛋白的氨基酸序列（suspect 1～4），氨基酸以单个字母缩写

对每个蛋白，你必须回答下列问题:

（a）这是什么蛋白？

（b）该蛋白来自于何种生物？

（c）蛋白的功能是什么？

（d）这个蛋白就是杀死外国游客的“罪犯”吗？为什么？

（e）这个蛋白有什么样显著的特征？

本实验中，我们可以用基本比对搜索工具（BLAST，Basic Local Alignment and Search Tools）在已知功能的蛋白序列数据库——SwissProt中查询给定的这些序列。SwissProt数据库包含了所有已知功能的蛋白序列。

我们首先以序列suspect 1为例说明BLAST的使用。

（1）打开NCBI BLAST页面:http://blast.ncbi.nlm.nih.gov/Blast.cgi（图5-31）

图5-31　NCBI BLAST页面

（2）选择Basic BLAST中的protein-blast（蛋白质BLAST），进入图5-32的页面，在文本输入区输入需要检索的序列suspect 1

从下拉选项“Database”中选择数据库“Swissprot...（swissprot）”，选用blastp（proteinprotein BLAST）程序，其他参数选用默认参数，按下如图5-33所示的“BLAST”键，BLAST程序即开始运行，需要一点时间获得结果。

图5-32　BLASTP页面

图5-33　BLAST算法参数设置

（3）BLAST搜索的结果出现在网页上，分别给出了序列检索（query）的一些简单信息、图形化表示检索的结果（graphic summary），还有就是一些目标序列的简单描述（Description）和相应的序列比对信息（Alignments）

①序列检索的基本信息如图5-34所示。

图5-34　序列检索基本信息

②BLAST检索结果的图形化表示如图5-35所示，相似分值的高低分别用不同颜色的线条表示，按照相似程度的高低依次从上到下排列。

图5-35　BLAST序列检索结果的图形化表示

③目标序列的描述信息如图5-36所示，不但给出了目标序列的登录号（Accession）、序列名描述（Description）、相似性分值（Max score和Total score），还给出了目标序列对输入检索序列的覆盖程度（Query coverage）、E-value以及在Gene/Unigene等数据库中的链接。

图5-36　与输入序列具有显著性比对的目标序列的信息

④详细的比对信息显示在图5-37中，列出了目标序列的名称、在数据库中的链接，以及两者的相似性分值（Score）、E-value（Expect）、相似百分比（Identities）、正比对百分比（Positives）、比对中的空位数目（Gaps）。

图5-37　BLAST结果中的详细比对信息

思考题　根据以上BLAST结果，打开相应的数据库链接（也就是sp｜PO266.2｜CASA1＿BOVIN），准备电子词典，查看该蛋白的详细描述。根据Definition条目，你认为Suspect 1蛋白可能是什么蛋白？从source条目，判断其来源。从keywords条目和comments条目分析该蛋白的功能，并判断该蛋白是否可能为游客致死的原因。重复以上步骤，对Suspect 2～4进行分析，并将结论写在下表中:

续　表

2.实验小结

本实验在案例分析的基础上，帮助同学们掌握结合BLAST工具和网上数据库分析蛋白质或者核酸序列相关功能的方法，这是生物信息学领域简单但是非常有效的分析手段和方法。