生物信息学_玉泉路_课堂笔记_02 第二章 序列比对和序列数据库搜索

**生物信息学_玉泉路_课堂笔记_02**

**第二章 序列比对和序列数据库搜索**

###2.1 序列比对的目的和类型序列比对是生物信息学中一个重要的工具，用于比较两个或多个生物序列之间的相似性。序列比对的目的是为了找出两个序列之间的相似度和差异，从而可以推断它们的功能、结构和进化关系。

序列比对有两种主要类型：

1. **全局比对**：这种比对方法是将整个序列作为一个整体进行比较，通常用于比较两个序列之间的全局相似度。
2. **局部比对**：这种比对方法是将序列分成多个子序列，然后分别进行比较，通常用于找出序列中的特定区域或模式。

###2.2 序列比对算法序列比对算法有很多种类，包括：

1. **Needleman-Wunsch 算法**：这是一个全局比对算法，用于比较两个序列之间的全局相似度。
2. **Smith-Waterman 算法**：这是一个局部比对算法，用于找出序列中的特定区域或模式。

###2.3 序列数据库搜索序列数据库搜索是指在生物信息学中使用计算机程序来搜索和比较与已知序列相似的新序列。序列数据库搜索的目的是为了找到新的序列，例如基因、蛋白质等，并且可以用于推断它们的功能、结构和进化关系。

常用的序列数据库搜索工具包括：

1. **BLAST**：这是一个全局比对算法，用于比较两个序列之间的全局相似度。
2. **PSI-BLAST**：这是一个局部比对算法，用于找出序列中的特定区域或模式。

###2.4代码示例以下是使用 Python语言编写的一个简单的序列比对程序：

import numpy as npdef needleman_wunsch(seq1, seq2):
 # 初始化矩阵 m, n = len(seq1), len(seq2)
 dp = np.zeros((m+1, n+1))

 # 初始化边界条件 for i in range(m+1):
 dp[i,0] = -i *10 for j in range(n+1):
 dp[0, j] = -j *10 # 进行比对 for i in range(1, m+1):
 for j in range(1, n+1):
 match = dp[i-1, j-1] + (seq1[i-1] == seq2[j-1]) *10 delete = dp[i-1, j] -10 insert = dp[i, j-1] -10 dp[i, j] = max(match, delete, insert)

 # 回溯找到最优路径 i, j = m, n path = []
 while i >0 and j >0:
 if seq1[i-1] == seq2[j-1]:
 path.append((i-1, j-1))
 i -=1 j -=1 elif dp[i-1, j] >= dp[i, j-1] and dp[i-1, j] >= dp[i-1, j-1]:
 path.append((i-1, j))
 i -=1 else:
 path.append((i, j-1))
 j -=1 return path[::-1]

# 测试程序seq1 = "ATCG"
seq2 = "ACGT"
path = needleman_wunsch(seq1, seq2)
print(path)

###2.5 总结序列比对和序列数据库搜索是生物信息学中非常重要的工具，用于比较两个或多个生物序列之间的相似性。全局比对和局部比对是两种主要类型的序列比对方法，而 BLAST 和 PSI-BLAST 是常用的序列数据库搜索工具。通过使用这些工具，可以找出新的序列，并且可以用于推断它们的功能、结构和进化关系。

###2.6 参考文献* Needleman, S. B., & Wunsch, C. D. (1970). A general method applicable to the search for similarities in the amino acid sequence of two proteins. Journal of Molecular Biology,48(3),443-453.
* Smith, T. F., & Waterman, M. S. (1981). Identification of common molecular subsequences. Journal of Molecular Biology,147(2),195-197.
* Altschul, S. F., Gish, W., Miller, W., Myers, E. W., & Lipman, D. J. (1990). Basic local alignment search tool. Journal of Molecular Biology,215(3),403-410.

###2.7 注释* 本文档使用 Python语言编写，使用 NumPy 库进行矩阵运算。
* Needleman-Wunsch 算法用于全局比对，而 Smith-Waterman 算法用于局部比对。
* BLAST 和 PSI-BLAST 是常用的序列数据库搜索工具。
* 本文档提供了一个简单的序列比对程序，用于演示如何使用这些算法和工具。