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云之南

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专业背景:计算机科学 研究方向与兴趣: JavaEE-Web软件开发, 生物信息学, 数据挖掘与机器学习, 智能信息系统 目前工作: 基因组, 转录组, NGS高通量数据分析, 生物数据挖掘, 植物系统发育和比较进化基因组学

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如何查找一个基因的启动子序列  

2010-01-20 15:55:12|  分类: 生物信息学 |  标签: |举报 |字号 订阅

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定义:启动子是参与特定基因转录及其调控的DNA序列。包含核心启动子区域和调控区域。核心启动子区域产生基础水平的转录,调控区域能够对不同的环境条件作出应答,对基因的表达水平做出相应的调节。

    区域:启动子的范围非常大,可以包含转录起始位点上游2000bp,有些特定基因的转录区内部也存在着转录因子的结合位点,因此也属于启动子范围。

这项搜寻要从UCSC基因组浏览器开始,网址为http://genome.ucsc.edu/。以编码pendrin (PDS)的基因为例来说明上述问题。PDS与耳蜗的异常发育、感觉神经性听力下降以及弥散性甲状腺增大(甲状腺肿)有关。

  进入UCSC的主页后,在Organism的下拉菜单中选择Human,然后点击Browser。使用者现在到了人类基因组浏览器入口。本例的搜寻很简单:在assembly的下拉菜单中选择Dec. 2001,在position框中键入pendrin,然后点击Submit。返回的页面结果显示一个已知的基因和两个mRNA序列。继续点击mRNA序列的登录号AF030880,出现包含这个mRNA区域的图解概要。为了获得这个区域更清晰的图像,点击紧靠zoom out的1.5X按钮。最后点击页面中部的reset all按钮,使各个路径的设置恢复默认状态。

  然而,对于本例的搜寻目的来说,默认设置不是理想的设置。按照视图利用页面底部的Track Controls按纽,将一些路径设置为hide模式(即不显示),其他设置为dense模式(所有资料密集在一条直线上);另一些路径设置为full模式(每个特征有一个分开的线条,最多达300)。在考虑这些路径内究竟存在那些资料之前,对这些路径的内容和表现做一个简要的讨论是必要的,许多这些讨论是由外界提供给UCSC的。下面是对基因预测方法的更进一步讨论,这些信息也可以在其他地方找到。

  对于Known Genes(已知基因)和预测的基因路径来说,一般的惯例是以一个高的垂直线或块状表示每个编码外显子,以短的垂直线或块状表示5′端和3′端非翻译区。

  起连接作用的内含子以非常细的线条表示。翻译的方向由沿着细线的箭头指示。

  Known Genes来自LocusLink内的mRNA参照序列,已经利用BLAT程序将这些序列与基因组序列进行比对排列。

  Acembly Gene Predictions With Alt-splicing路径是利用Acembly程序将人类mRNA和EST序列数据与人类基因组序列进行比对排列而来的。Acembly程序试图找到mRNA与基因组序列的最好的比对排列以及判断选择性剪接模型。假如有多于1个的基因模型具有统计学意义,则它们都全部显示出来。有关Acembly的更多信息可以在NCBI的网站找到(http://www.ncbi.nih.gov/IEB/Research/Acembly/)。

  Ensembl Gene Predictions路径由Ensembl提供。Ensembl基因通过许多方法来预测,包括与已知mRNA和蛋白质进行同源性比较,ab initio基因预测使用GENSCAN和基因预测HMMs。 http://www.ebi.ac.uk/ensembl/

  Fgenesh++ Gene Predictions路径通过寻找基因的结构特征来预测基因内部的外显子,例如剪接位点的给位和受位的结构特征,利用一种动态的程序算法推定编码区域和推定外显子5′端和3′端的内含子区域;这个方法也考虑到蛋白质相似性的资料。

  Genscan Gene Predictions路径由GENSCAN方法衍生而来,通过这个方法,可以确定内含子、外显子、启动子区域和poly(A)信号。此时,这个方法并不期望查询的序列只出现1个基因,因此可以对部分基因或被基因之间的DNA分隔的多个基因进行准确的预测。

  Human mRNAs from Genbank路径显示基因库的人类mRNAs与基因组序列的比对排列。

  Spliced ESTs和Human EST路径显示来自GenBank的ESTs序列与基因组的序列对齐比较。由于ESTs通常代表了转录基因的片断,一个EST很有可能对应于某个外显子区。

  最后,Repeating Elements by RepeatMasker这个路径显示的是重复元件,例如散在的或长或短的核元素(SINEs和LINEs),长末端重复序列(LTRs)和低复杂性区域(http://repeatmasker.genome.washington.edu/cgi-bin/RepeatMasker)。一般来说,在将基因预测方法应用于核苷酸序列之前,需要去掉或掩饰这些成分。

  回到视图显示的例子,可以看到大多数路径返回了几乎同样的基因预测结果。作为一个规则,通过多种方法预测的外显子提高了预测的正确率而不会出现“假阳性”结果。多数方法显示3′端非翻译区,以左侧大而短的块状表示。Acembly路径显示除了全长序列产物(如这个部分第3条线所示)之外还有3个可能的选择性剪接,其它大多数路径显示与此预测结果相符。Genscan路径从左、右方向往远处延伸:GENSCAN可以被用于预测多个基因。

  尽管这些图解概要很有用,然而研究者更需要与这些垂直线或块状相对应的序列。以此为例,用Fgenesh++预测作为获得原始序列数据的基础,但不管选择哪个路径其步骤都是一样的。点击标有Fgenesh++ Gene Predictions的路径,出现的是一个描述预测的概要页面。

  序列的区域与pendrin基因相似(从这个例子一开始就已经知道了)。给出了序列的大小及序列开始和结束的预测,并显示预测是以负链为基础的。想要获得序列,点击Genomic Sequence。使用者将被带到一个标题为Get Genomic Sequence Near Gene的查询页面,在这个页面上,可以获得转录物、编码区、启动子或转录物加启动子的序列。

  点击Transcript返回的页面显示完整的转录子,外显子以大写字母表示。

  点击Coding Region Only得到的是编码区,外显子以大写字母表示。

  点击Transcript + Promoter,返回的页面显示的是在上述选择Transcript所获序列的5′端添加了启动子序列,以大写字母表示外显子。启动子的长度显示在文本框内。

  点击Promoter返回的页面正好是启动子区

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