《实用生物信息技术》课程教学实例

以下四题，可根据本人课题实际情况，选择其中一道或两道

1. 豌豆开花后特异表达基因及其编码内膜蛋白PPF1

1) 参阅文献(Zhu et al., 1998)，及PubMed数据库中豌豆开花后特异表达基因PPF1相关研究论文，简述PPF1序列特征、表达特异性，以及可能的生物学功能。

2) 检索UniProt数据库中豌豆内膜蛋白PPF1，总结该序列条目的一般注释信息、序列注释信息、数据库交叉链接。

3) 找出拟南芥中PPF1同源蛋白ALB3，通过数据库交叉链接，浏览其编码基因在拟南芥资源库AraPort和TAIR中的注释信息，说明基因组定位、基因结构、可变剪接方式、表达特异性、突变体，及其所编码的蛋白质的功能、亚细胞定位、组织特异性、互作蛋白、结构域特征，以及相关的文献资源。

4) 利用读码框分析程序，分析并提取PPF1全长mRNA序列中编码区核苷酸序列和所编码的氨基酸序列。

5) 利用密码子统计程序，分析豌豆PPF1和拟南芥中同源基因ALB3密码子使用特征; 利用内切酶分析程序，分析豌豆PPF1基因的酶切位点;利用引物设计程序，设计 PPF1基因mRNA序列的引物。

6) 利用ProtScale蛋白质序列特征波形图显示工具，分析PPF1不同区域疏水和亲水、柔性和刚性、溶剂可及性、空间位阻、二级结构等序列特征。

7) 利用多种跨膜螺旋预测程序，预测PPF1跨膜螺旋，并比较预测结果的异同;利用alpha-螺旋轮显示程序，绘制跨膜螺旋的螺旋轮，说明跨膜区的序列特征 。

8) 利用PredicProtein蛋白质结构和功能预测网站，预测PPF1二级结构、无规卷曲、溶剂可及性、亚细胞定位、突变位点敏感性。

9) 利用Phyre2网站，预测拟南芥PPF1三维空间结构，并用Run Investigator工具分析预测结果，与所用模板进行序列和结构比对。

10) 通过以上PPF1及其同源蛋白ALB3实例，说明核酸和蛋白质序列分析思路和方法，以及分析结果对下一步实验研究的作用。

2. 河豚鱼基因组序列片段和多药耐药基因分析

1) 阅读刘勇博士论文摘要，简述研究目的、方法和结果。阅读河豚鱼基因组测序计划相关论文，说明河豚鱼基因组特点。阅读Molecule of the Month有关多药耐药蛋白的文章，说明哺乳动物和细菌多药耐药蛋白的异同。

2) 检索UniProt数据库中ABCB1基因家族，列表说明已经过人工审阅的序列条目;对上述序列进行多序列比对，说明比对结果。浏览人多药耐药基因蛋白质注释信息、文献报道和数据库交叉链接，说明其功能、亚细胞定位、组织特异性、互作蛋白、结构域特征，及其编码基因的基因结构、基因组定位、表达特异性、剪接变体等信息。

3) 提取GenBank数据库中刘勇等提交的柯氏质粒河豚鱼基因序列片段全长序列，用点阵图方法确定其中是否包含重复片段。

4) 用Softberry网站中FGENESH等多种方法预测上述河豚鱼基因组第一个重复片段基因结构，比较它与人ABCB1基因结构的异同。

5) 用点阵图方法分析上述序列中第一个多药耐药基因MDR2所编码的氨基酸序列，说明是否有重复结构域。

6) 用多种跨膜螺旋预测程序预测上述MDR2蛋白质序列中可能的跨膜螺旋。

7) 用上述河豚鱼基因组多药耐药基因全长序列，分别用BlastN, BlastX和BlastP搜索核酸和蛋白质序列数据库，调节不同参数，比较搜索结果。

8) 通过以上河豚鱼柯氏质粒基因组序列片段分析过程，说明基因组序列分析的一般方法，所用软件种类和基本原理，以及不同软件的适用范围和优缺点。

3. 植物特异转录因子基因家族SBP分析

1) 参阅文献(Guo et al., 2008)，检索并阅读PubMed数据库中收录的植物特异转录因子SBP基因家族相关研究论文，简述该基因家族的研究背景。

2) 检索UniProt数据库中SBP (包括SBP-like，即SPL)家族序列条目，提取拟南芥和水稻中该蛋白质家族已审阅的序列条目，进行多序列比对，构建系统发生树，与文献(Guo et al., 2008)中的系统发生树进行比较，分析异同。

3) 利用保守结构域识别网站MEME，鉴定拟南芥SBP家族不同成员的保守结构域，注意适当调整参数。

4) 利用结构域识别网站SMART，分析拟南芥SPL1结构域;通过PFam蛋白质家族和结构域数据库网站，分析SBP转录因子DNA结合结构域的序列、结构、功能。

5) 浏览植物转录因子数据库PlantTFDB，查看SBP家族信息，查看拟南芥SPL1注释信息，通过注释信息中与其它数据库的交叉链接，查看其序列特征、结构域特征、亚细胞定位、组织特异性、互作蛋白、直系同源蛋白，以及其编码基因的基因结构、基因组定位、表达特异性等信息。

6) 总结上述分析结果，并参阅SBP家族相关文献，说明如何将分析结果用于实验研究。

4. 富含半胱氨酸多肽序列和结构分析

1) 搜索网络资源和文献数据库，了解富含半胱氨酸的抗菌肽和蜘蛛毒素的序列、结构和功能特点。搜索网络资源和文献数据库，了解金属硫蛋白的种类和特点，说明半胱氨酸在金属硫蛋白中的作用。

2) 从PDB数据库下载虎纹捕鸟蛛毒素-I (1QK6)和美洲商陆抗菌蛋白(1DKC)氨基酸序列，用needle程序进行序列比对。

3) 从PDB数据库下载多肽毒素1QK6, 1AXH, 1AGG, 1EIT, 1VTX, 1OMN的氨基酸序列，进行多序列比对;根据其结构特征，手动调整比对结果;说明二硫键配对方式。

4) 检索UniProt数据库中以I型人金属硫蛋白(human metallothionein)，进行多序列比对，并创建序列图标，说明其保守位点特征。

5) 用蛋白质结构图形显示软件Swiss-PdbViewer分析1QK6和1DKC结构，说明其二硫键配对方式。选取两个分子中三对二硫键进行结构叠合，计算均方根误差。

6) 从PDB数据库分别下载人金属硫蛋白alpha和beta和结构域核磁共振结构1MHU和2MHU，分析其结构特点，说明半胱氨酸与金属结合方式。

7) 总结以上富含半胱氨酸的小分子蛋白质或多肽的序列、结构分析结果，说明序列、结构、功能、演化关系。

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