《生物信息学》课程教学资源（中译本）第十二章鼠类和人类公用物理图谱数据库的使用

几年前,几张已经制成的人类基因组图谱还只是在小面积上的低分辨率图。生物医学研究者如果希望定位和克隆一个致病基因,总的说来就不得不对目的区域制图,而这是一个费时费力的过程。这种情况在近几年发生了巨大的变化。现在已经有了高质量的人类基因组基因图谱,它以单一序列重复多态性( Murray et al..1994: Dib et al.,1996)为基础,提供分辨率达1-5b的图谱信息。

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第十二章鼠类和人类公用物理图谱数据库的使用页码,1/1 第十二章鼠类和人类公用物理图谱数据库的使用 Li ncol n d. Stein Cold spring Harbor Laboratory Cold Spring Harbor, New York 几年前,几张已经制成的人类基因组图谱还只是在小面积上的低分辨率图。生物医学研究者如果希望定位和克隆一个致病基因,总的说来就不得不对目的区域制图,而这是一个费时费力的过程。这种情况在近几年发生了巨大的变化。现在已经有了高质量的人类基因组基因图谱,它以单一序列重复多态性( Murray et al..1994: Dib et al.,1996)为基础,提供分辨率达1-5b的图谱信息。此外,还有许多物理图谱分辨率在亚兆(sub-Mb)范围(参见 Hudson et al.1995;0′ Connell et al.,1996,及其它)。长约16000的表达序列的图谱现在也可以得到。利用这些图,一个研究者,在很多情况下,可以只集中研究一个选定区域, 用几个小时来搜索公用图谱数据库,而不是用几个月时间做实验了令人啼笑皆非的是,研究者的困难现在已经从基因组制图转到了使用一个巨大的未知领域。它包括ww站点,FTP(文件传输协议 File transfer protocol)服务器和数据库。其中有大型数据库,如 NCbI Entrez和GDB。也有小型数据库,可以提供由基因组中心发表的初级图谱、由个体染色体委员会赞助的网址和由小型实验室使用,以发表特定区域详图的网址。每种来源中的信息,即使与另一种中的相重复,也有其自身的价值。使用这个信息网并不容个的潜在的相关文件。本章作为这些图谱的一个“简图”,用来引导读者穿过物理图谱数据库的迷宫。本章先对物理图谱制图方法作一简要回顾,然后讨论大型公用数据库 NCbI Entrez和GDB,这些库提供了査找许多不同来源图谱的简捷途径,并能在这些来源中进行比较。接着,本章再讨论一下由个体制图实验室所出版的资料,从在基因组范围做出制图努力的某些中心,一直到对个体染色体做出制图努力的。因为作者的专业领域所限,本章集中讨论人类和鼠类的图谱物理图谱的类型物理图谱有许多结构和形式。一个极端是限制性图谱( restriction map),用于对小区域、如Kb量级做精细结构制图,另一个极端是细胞遗传学图( cytogenetic map),用于对以1 kb为长度量级的区域制图。但是,最常用的两种类型还是STS含量图( STS content map)和放射性杂交图( radi ati on hybrid map),它们的分辨区域都大于1Mb,并且有能使用简易 PCR中的定位标记物的优点。在STS含量图(图12.1)中,STS标记物通过多聚酶链反应所监测,在反应中它与一个大的插入克隆基因库反应,如酵母人工染色体(TACs),细菌人工染色体(BACS)和粘粒等。如果两个或多个STS被发现是存在于同一个克隆之中,那么这些标记位点紧密相邻的机会就很高 (不是100%,因为在制图过程中存在一些假象,如出现嵌合克隆体)。一段时期以来,根据 STS含量图已经建立起一系列重叠群,如含有STS的重叠簇克隆。这样一张图的分辨率和覆盖度由一些因子决定,如STS的密度、克隆群体的大小、以及克隆文库的深度。通常STS含量图以长1№b的插入YAC库为基础,分辨率为几百个bp。如果使用插入部分较小的克隆载体,图谱 file://E:\wcb\生物信息学(中译本)\第十二章鼠类和人类公用物理图谱 2005-1-18

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第十二章鼠类和人类公用物理图谱数据库的使用页码,2/1 就会有一个更高的理论分辨率,但是覆盖基因组同样大小面积就需要更多的STS。虽然一般有可能从STS含量图上得到标记物的相对顺序,但是相邻标记物之间的距离还是无法精确测得。尽管如此,STS含量图还是有与克隆原相关的优点,并且可将其用于更进一步的硏究,如次级克隆或DNA测序。到目前为止,STS含量图制图简单而使用最多的来源是巴黎的CEPH( centre d' etudes du pol ymorphi sme Humai n)中的YAC库。它是一个10×覆盖率的文库,平均插入长度为-Mb。放射性杂交图(图12.2;Cox,1992)对片段DNA的断点作图。在此技术中,一个人体细胞系被致死性的gama射线照射,染色体DNA分成片段。然后该细胞系与一个仓鼠细胞系融合而被救,并能繁殖几代。在这期间,人类细胞和仓鼠细胞的杂合体随机丢失其人类染色体片段。这样一百个或更多的杂合细胞系克隆体中,每一个都有不同数量的染色体片段,筛选生长后,就可以形成一套杂合组,供接下来的制图实验用了。如果要在一个放射性杂交组中对一个STS作图,那就要将每种杂交组细胞系中的DNA进行STS的 PCR操作。细胞系中如果含有该STS的染色体片段,那么就能得到一个正的PCR信号。在基因组中相邻很近的STS有相似的固位模式( retenti on pattern),因为放射性引起的断点落在它们中间的几率很小。相邻较远的STS固位模式相似性降低,相邻很远的STS的固位模式将会截然不同。与基因图谱所用方法类似,算法类的软件也能推出STS在放射性杂交图上的相对顺序,并通过断点落在其中间的可能性,用某一距离系统计算相邻标记物之间的距离。放射性杂交图还能提供一个标记物位于某一个特殊位点的可能值(优势对数值)。一个放射性杂交图的分辨率依赖于杂交体片断的大小,而这又依赖于人体细胞系所受的辐射量。一般对基因组大小作图的细胞系分辨率为~1M。除STS含量图和放射性杂交图外还有几个方法可用于制作人类物理图谱。克隆图谱使用与STS 含量图不同的技术来决定克隆体的接近程度。例如, CEPH YAC图谱法( Chumakoy et a 1995)综合利用指纹法( fingerprinti ng)、间一Au产物杂交法( inter-Au product hybri di zati on)和STS含量图法来制作一张重叠的YAC克隆体图谱。缺失和体细胞杂交图依赖于大型基因组重组(可以人工引进或由实验本身引起),从而将标记物放在由染色体断点所限定的bin?中( Vol l rath et al.,1992)。FSH图谱( Li cher et a.,1990)使用一个荧光信号来探测克隆体的间期DNA扩散时的杂交情况,从而以细胞遗传学图中一条带的位置定出克隆体的位置研究者捕捉致病基因时对转录序列图谱有特别的兴趣。这些序列是由已表达序列,和那些从已转化成STS并置于传统物理图谱的已知基因衍生而来的。近来一些制作大量EST( Adams et al.1991: Houl gatte et al.1995; Hillier et al.,1996)的工程已经使制图实验室能够得到数以万计的单一表达序列。一旦一个致病位点被鉴定出来后,这些转录序列图谱就能明显加快对目标基因的研究速度。 YAC库可用于STS的排序,但其克隆体中的高嵌合率和高删除率使它们不能用于DNA测序。去年高分辨率、可用于测序的质粒和BAC图谱则发展很快。因为它们所需的克隆工艺水平很低。除了几个特例,如染色体19的 Lawrence li vemore实验室质粒图外,其它图谱都还只处在初级阶段大型公用数据库中的基因组范围图谱人类基因组物理图谱信息的主要来源是由NCB|( Nati onal Center for Bi technol ogy I nformati on国家生物技术信息中心)和GDB( Genome Data Base基因组数据基地,见注释) 提供的大型公用数据库。这些数据库提供各种图谱的来源,使研究者能够用一个多用户界面交互系统在图谱中进行比较。在一定程度下,这些数据库还能进行图谱的综合及分析。NCB Entrez和GDB将在本节介绍。由个体中心维持的数据库可提供更为详尽的信息,并将在下一节 “从个体来源的基因组范围的图谱”中介绍 file://E:\wcb\生物信息学(中译本)\第十二章鼠类和人类公用物理图谱 2005-1-18

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二章鼠类和人类公用物理图谱数据库的使用页码,3/1 B| Entrez中染色体图谱的使用 Entrez的基因组部分是最容易获得物理图谱信息的来源之一。此服务由NCBl所提供。 Entrez 试图以一种可理解的方式将几种遗传学图谱和物理图谱、DNA和蛋白序列信息、以及一个目录型引用数据库和三维晶体结构信息融合起来。因为它的内部连接多,而且界面简单, Entrez 可作为搜索图谱的一个起始点。 Entrez信息补救系统在第5章详细介绍任何支持网络浏览器,如 Netscape、 Mosai c或 Mi crosoft Internet Expl orer的计算机系统都可以使用 Entrez。与 Internet的连接应支持TCP/P,通过一个 Internet服务提供器就会形成个有用的网络连接或是一个拨号连接。因为图谱信息中图形很多,所以应能连接28800p或更多信息。首先,将浏览器连到 Entrez的主页所在的URL( UNI FORM RESOURCE L0CAT0R统一资源定位器),这样就会下载一页,包含一系列与 Entrez中核酸、蛋白质、目录、基因组和三维结构数据库的链接,以及一些文档和帮助。选择标有“搜索基因组数据库”的链接,这样就会弹出来一个窗口,提供搜索的范围(如图12.3)和在其它范围中一系列生物种类的名称。每个生物体名称旁边都有一个数字,说明在数据库中其图谱的数目。得到人类图谱列表最简单的办法就是点击标有“ Homo Sapi ens"的链接,这样就会得到一个含25个染色体图的列表 (染色体Ⅰ至Ⅹ再加上线粒体染色体组的两个词条,Y型图谱现仍没有)。现在再在感兴趣的染色体下选择标有“图示”( Graphi cal View)的链接。这就会得到与图 12.4中所示相似的一个图谱。它是由几个图组成的一张复合图。这类图对于各个染色体来说并不同,但至少它们都含有 Gene thon和CHLc( Cooperati ve Human Li nkage Center合作性人类链接中心)基因图谱( Murray et al.,1994: Dib et al.,1996)、 Whi tehead I nsti tute 放射性杂交图谱和STS含量图( Hudson et al.1995)、斯坦福大学放射性杂交图谱、细胞遗传学图、和一个序列图。序列图基本上是一个定位器,即将已制成图的片段定位。对于这些片段,序列分析中心希望能在十年内将其制造出来。存在于多个图谱中的标记物用绿线连接了起来,好让读者能够互相比较并在从一个图谱转向另一个时保持正确的方位。出于比较和图示的目的,每一个图谱均由一个公用坐标系统校正,该系统以物理距离(DNA碱基对)的值为基础。稍一检査就会发现它们只是笼统地排成一条线,如在标记物的顺序上就有很多矛盾,在图上表现为绿线有交叉点。这些图可以用鼠标浏览,一对标有" Action”和“Zoom”的选项按钮( radi o button)能控制图的大小。要想对图的一部分作更详细的观察,可选择Zoom按钮,并点中需放大的区域如果选Zoom后直接点击图上的区域,一般默认为放大10%。另外也可以用图形上方的pop-u (复选框)菜单来改变放大率的值。在高放大率下,诸如单个标记物的名称、图示基因、YAC 序列群和图示克隆等特征都可以很容易地分辨。进而也可以选择“左、右、校正”(Left Ri ght、Aign)等按钮来调整图象至合适的尺寸(左右按钮在点击Zoom一次后将会出现), Overvi ew(全览)命令将显示图象返回其初始大小。为得到一个具体标记的图中元素的信息,可选择标有″ Action"的选项按钮,然后再点击该元素。注意该按钮非要使用一次Zoom才会出现,例如,单击一个STS的名称将会显示其在 Genebank中的词条,而此词条又包含着与其它部分,如 Entrez词条、核酸、蛋白质和三维结构数据库等的链接 Entrez网同时也提供了一条简单的在图上定位一个特定标记物的途径。在标有 Search ene(基因査询)的两个小框中选一个,输入标记物的名称或 Gen Bank中的通道号,然后按旁边的按钮。这样就会产生另外一张图,其中标记物以黄色着重标记。如果输入两个名称,则它们之间的区域将会着重显示。在此功能中,除了名称,物理图谱上很少有元素对应着实际的基因,大多数标记物都只是重名的序列或是基因多样性中简单的序列重复(在STS中有很多例子)。 file://E:\wcb\生物信息学(中译本)\第十二章鼠类和人类公用物理图谱 2005-1-18

NCBI EntrezЁᶧ㡆ԧ೒䈅ⱘՓ⫼ Entrezⱘ෎಴㒘䚼ߚᰃ᳔ᆍᯧ㦋ᕫ⠽⧚೒䈅ֵᙃⱘᴹ⑤ПϔǄℸ᳡ࡵ⬅NCBI᠔ᦤկǄEntrez 䆩೒ҹϔ⾡ৃ⧚㾷ⱘᮍᓣᇚ޴辵䘫Ӵᄺ೒䈅੠⠽⧚೒䈅ǃDNA੠㲟ⱑᑣֵ߫ᙃǃҹঞϔϾⳂᔩ ൟᓩ⫼᭄᥂ᑧ੠ϝ㓈᱊ԧ㒧ᵘֵᙃ㵡ড়䍋ᴹǄ಴Ўᅗⱘݙ䚼䖲᥹໮ˈ㗠Ϩ⬠䴶ㅔऩˈEntrez ৃ԰Ў᧰㋶೒䈅ⱘϔϾ䍋ྟ⚍ǄEntrezֵᙃ㸹ᬥ㋏㒳೼㄀ゴ䆺㒚ҟ㒡Ǆ ӏԩᬃᣕ㔥㒰⌣㾜఼ˈབNetscapeǃMosaic៪Microsoft Internet Explorerⱘ䅵ㅫᴎ㋏㒳䛑 ৃҹՓ⫼EntrezǄϢInternetⱘ䖲᥹ᑨᬃᣕTCP/IPˈ䗮䖛ϔϾInternet᳡ࡵᦤկ఼ህӮᔶ៤ ϔϾ᳝⫼ⱘ㔥㒰䖲᥹៪ᰃϔϾᢼো䖲᥹Ǆ಴Ў೒䈅ֵᙃЁ೒ᔶᕜ໮ˈ᠔ҹᑨ㛑䖲᥹28800bp៪ ᳈໮ֵᙃǄ 佪ܜˈᇚ⌣㾜఼䖲ࠄEntrezⱘЏ义᠔೼ⱘURL˄UNIFORM RESOURCE LOCATOR㒳ϔ䌘⑤ᅮԡ ఼˅ˈ䖭ḋህӮϟ䕑ϔ义ˈࣙ৿ϔ㋏߫ϢEntrezЁḌ䝌ǃ㲟ⱑ䋼ǃⳂᔩǃ෎಴㒘੠ϝ㓈㒧ᵘ ᭄᥂ᑧⱘ䫒᥹ˈҹঞϔѯ᭛ḷ੠ᐂࡽǄ䗝ᢽ᳝ᷛĀ᧰㋶෎಴㒘᭄᥂ᑧāⱘ䫒᥹ˈ䖭ḋህӮᔍ ߎᴹϔϾにষˈᦤկ᧰㋶ⱘ㣗ೈ˄བ೒12.3˅੠೼݊ᅗ㣗ೈЁϔ㋏߫⫳⠽⾡㉏ⱘৡ⿄Ǆ↣ϔ Ͼ⫳⠽ԧৡ⿄ᮕ䖍䛑᳝ϔϾ᭄ᄫˈ䇈ᯢ೼᭄᥂ᑧЁ݊೒䈅ⱘ᭄ⳂǄᕫࠄҎ㉏೒䈅߫㸼᳔ㅔऩ ⱘࡲ⫣ህᰃ⚍ߏ”᳝ᷛHomo Sapiens”ⱘ䫒᥹ˈ䖭ḋህӮᕫࠄϔϾ৿25Ͼᶧ㡆ԧ೒ⱘ߫㸼 ˄ᶧ㡆ԧĉ㟇ĒࡴݡϞ㒓㉦ԧᶧ㡆ԧ㒘ⱘϸϾ䆡ᴵˈ<ൟ೒䈅⦄ҡ≵᳝˅Ǆ ⦄೼ݡ݈ᛳ೼䍷ⱘᶧ㡆ԧϟ䗝ᢽ᳝ᷛĀ೒⼎ā˄Graphical View˅ⱘ䫒᥹Ǆ䖭ህӮᕫࠄϢ೒ 12.4Ё᠔⼎ⳌԐⱘϔϾ೒䈅Ǆᅗᰃ⬅޴Ͼ೒㒘៤ⱘϔᓴ໡ড়೒Ǆ䖭㉏೒ᇍѢ৘Ͼᶧ㡆ԧᴹ䇈 ᑊϡৠˈԚ㟇ᇥᅗӀ䛑৿᳝Genethon੠CHLC˄Cooperative Human Linkage Center ড়԰ᗻҎ ㉏䫒᥹Ёᖗ˅෎಴೒䈅˄Murray et al.,1994; Dib et al.,1996˅ǃWhitehead Institute ᬒᇘᗻᴖѸ೒䈅੠STS৿䞣೒˄Hudson et al.,1995˅ǃᮃഺ⽣໻ᄺᬒᇘᗻᴖѸ೒䈅ǃ㒚㚲䘫 Ӵᄺ೒ǃ੠ϔϾᑣ߫೒Ǆᑣ߫೒෎ᴀϞᰃϔϾᅮԡ఼ˈेᇚᏆࠊ៤೒ⱘ⠛↉ᅮԡǄᇍѢ䖭ѯ ⠛↉ˈᑣ߫ߚᵤЁᖗᏠᳯ㛑೼कᑈݙᇚ݊ࠊ䗴ߎᴹǄᄬ೼Ѣ໮Ͼ೒䈅Ёⱘᷛ䆄⠽⫼㓓㒓䖲᥹ њ䍋ᴹˈད䅽䇏㗙㛑໳ѦⳌ↨䕗ᑊ೼ҢϔϾ೒䈅䕀৥঺ϔϾᯊֱᣕℷ⹂ⱘᮍԡǄߎѢ↨䕗੠ ೒⼎ⱘⳂⱘˈ↣ϔϾ೒䈅ഛ⬅ϔϾ݀⫼തᷛ㋏㒳᷵ℷˈ䆹㋏㒳ҹ⠽⧚䎱⾏˄DNA⺅෎ᇍ˅ⱘؐ Ў෎⸔Ǆ⿡ϔẔᶹህӮথ⦄ᅗӀাᰃㄐ㒳ഄᥦ៤ϔᴵ㒓ˈབ೼ᷛ䆄⠽ⱘ乎ᑣϞህ᳝ᕜ໮⶯ Ⳓˈ೼೒Ϟ㸼⦄Ў㓓㒓᳝Ѹঝ⚍Ǆ 䖭ѯ೒ৃҹ⫼哴ᷛ⌣㾜ˈϔᇍ᳝ᷛ“Action”੠“Zoom”ⱘ䗝乍ᣝ䪂˄radio button˅㛑᥻ ࠊ೒ⱘ໻ᇣǄ㽕ᛇᇍ೒ⱘϔ䚼ߚ᳈԰䆺㒚ⱘ㾖ᆳˈৃ䗝ᢽZoomᣝ䪂ˈᑊ⚍Ё䳔ᬒ໻ⱘऎඳǄ བᵰ䗝ZoomৢⳈ᥹⚍ߏ೒Ϟⱘऎඳˈϔ㠀咬䅸Ўᬒ໻10%Ǆ঺໪гৃҹ⫼೒ᔶϞᮍⱘpop-up ˄໡䗝Ḛ˅㦰ऩᴹᬍবᬒ໻⥛ⱘؐǄ೼催ᬒ໻⥛ϟˈ䇌བऩϾᷛ䆄⠽ⱘৡ⿄ǃ೒⼎෎಴ǃYAC ᑣ߫㕸੠೒⼎ܟ䱚ㄝ⡍ᕕ䛑ৃҹᕜᆍᯧഄߚ䕼Ǆ䖯㗠гৃҹ䗝ᢽĀᎺǃেǃ᷵ℷā˄Leftǃ RightǃAlign˅ㄝᣝ䪂ᴹ䇗ᭈ೒䈵㟇ড়䗖ⱘሎᇌ˄Ꮊেᣝ䪂೼⚍ߏZoomϔ⃵ৢᇚӮߎˈ˅⦃ Overview˄ܼ㾜˅ੑҸᇚᰒ⼎೒䈵䖨ಲ݊߱ྟ໻ᇣǄ ЎᕫࠄϔϾ݋ᷛԧ䆄ⱘ೒Ёܗ㋴ⱘֵᙃˈৃ䗝ᢽ᳝ᷛ“Action”ⱘ䗝乍ᣝ䪂ˈ✊ৢݡ⚍ߏ䆹 ܗ㋴Ǆ⊼ᛣ䆹ᣝ䪂䴲㽕Փ⫼ϔ⃵ZoomᠡӮߎˈ⦃՟བˈऩߏϔϾSTSⱘৡ⿄ᇚӮᰒ⼎݊೼ GenebankЁⱘ䆡ᴵˈ㗠ℸ䆡ᴵজࣙ৿ⴔϢ݊ᅗ䚼ߚˈབEntrez䆡ᴵǃḌ䝌ǃ㲟ⱑ䋼੠ϝ㓈㒧 ᵘ᭄᥂ᑧㄝⱘ䫒᥹Ǆ Entrez㔥ৠᯊгᦤկњϔᴵㅔऩⱘ೼೒ϞᅮԡϔϾ⡍ᅮᷛ䆄⠽ⱘ䗨ᕘǄ೼᳝ᷛSearch by gene˄෎಴ᶹ䆶˅ⱘϸϾᇣḚЁ䗝ϔϾˈ䕧ܹᷛ䆄⠽ⱘৡ⿄៪GenBankЁⱘ䗮䘧োˈ✊ৢᣝᮕ 䖍ⱘᣝ䪂Ǆ䖭ḋህӮѻ⫳঺໪ϔᓴ೒ˈ݊Ёᷛ䆄⠽ҹ咘㡆ⴔ䞡ᷛ䆄Ǆབᵰ䕧ܹϸϾৡ⿄ˈ߭ ᅗӀП䯈ⱘऎඳᇚӮⴔ䞡ᰒ⼎Ǆ೼ℸࡳ㛑Ёˈ䰸њৡ⿄ˈ⠽⧚೒䈅Ϟᕜᇥ᳝ܗ㋴ᇍᑨⴔᅲ䰙 ⱘ෎಴ˈ໻໮᭄ᷛ䆄⠽䛑াᰃ䞡ৡⱘᑣ߫៪ᰃ෎಴໮ḋᗻЁㅔऩⱘᑣ߫䞡໡˄೼STSЁ᳝ᕜ໮ ՟ᄤ˅Ǆ ㄀कѠゴ哴㉏੠Ҏ㉏݀⫼⠽⧚೒䈅᭄᥂ᑧⱘՓ⫼ 义ⷕˈ3/18 file://E:\wcb\⫳⠽ֵᙃᄺ˄Ё䆥ᴀ˅?㄀कѠゴ哴㉏੠Ҏ㉏݀⫼⠽⧚೒䈅... 2005-1-18 Click to buy NOW! PDF-XCHANGE www.docu-track.com Click to buy NOW! PDF-XCHANGE www.docu-track.com

第十二章鼠类和人类公用物理图谱数据库的使用页码,4/1 要想将一张 Entrez 图存在用户盘上,可单击鼠标右键(或 Machi toch上的 Shi ft-Cich 建),弹出窗口上方的 Cursor,然后会产生一个pop-up菜单,选择 Save I mage As(将图形存为)并输入一个名称作为该图形文件的文件名。该图形以GF形式保存,可以在很多图形程序中加以显示、打印和操作。这个过程在不同的网络浏览器中略有不同,有的要求在点击图片前选择File(文件)菜单中标有 Save next li nk to di sk(将下一个链接存盘)一项。除人类基因组, Entrez还提供关于鼠类、果蝇、C. elegans、酵母以及一些原生动物的图谱。尽管可比较的(同线性)图仍不可获得,但它代表了现在最大和最完整的一套多生物体的图谱信息尽管以网络浏览 Entrez对一般的使用已经足够,此来源使用频率高的人还是想建立一个 Entrez网站,即NCB“站柜台”,以顾客一一服务员的形式使用软件。这种形式与网络版特征一致,但从实质上可以更好地应用,而且界面美观。它适用于 Wi ndows、 Maci tosh和Unix 等系统,并可在 Entrez overvi ew(全览)页上下载 Entrez也有一定的限制。最严重的是由几种方法构建的图谱不得不使用同一坐标系统。这种简化,满足了将所有表示同一区域的图形同时显示的需要,但有时也掩饰了其图谱信息模棱两可和存在矛盾的特点,制造出并不存在的确定性的假象,特别是细胞遗传学图和物理图片、基因图谱的整合关系并不紧密,必须小心使用。当然, Entrez也和一些实验室制作的网页相连,它们提供图谱来源,这就使图谱能够保持实验室最常用的最新的形式。这些个体中心的图谱将在后面作更详细的介绍。在GDB中浏览染色体图另一种常见的人类物理图谱数据的来源是GDB。尽管GDB是基于当时基因图谱的重要性才构建起来的,但是最近几年来,GDB也已经进行了扩建重组,现在同样可以算是物理图谱数据的仓库。不象NCBl,GDB只限于人类图谱数据。它不含序列数据,也没有其它种类生物的信息。同NCBI一样,GDB可以由Ww上得到。GDB提供了一种全功能的对其数据库的查询式界面,这点,尽管很有用,对新手来说可能还是会很头疼。限制性更强的査询界面,包括一种“按址查图”的功能,能帮助你更直接进入GDB,特别是在1996年12月引入的GDB的视图一2程序 ( Mapi ew2 program),它利用新的Java微程序( applet)技术提供了一个与GDB中的基因图谱和物理图谱相连的图形界面,并使网页能够合并“活性内容”( acti ve content) 1995)。一个能使用Java微程序的网络浏览器应服从以下规则:它们应含有 Mi crosoft Internet Explorer(3.0版本或更高)和№ escape Navi gator(2.0版本或更高) 首先,要连上GDB,需连到GDB主页上的浏览器。从这个网址上,再找到并选择标有 Advanced Search(高级搜索)的链接,从而得到一个含有几种查询方式的页面最简单的查询方式名为按址搜索( Search Maps by Location)。如图12.5,选择这一项后会出现一个表。要使用这个表,得先选择要演示的染色体或亚染色体区域。如果要看整条染色体,可从pop-up菜单中直接选择。而要看一个染色体区域的话,就要在输入栏From和To (从..到..)中输入两个细胞遗传学带或基因标记物的名称搜索窗口下方的两个滚动式列表允许用户自己限制所搜索的图和标记物的种类。例如,可以限制STSS(在GDB用语中为“扩增引物" ampl i mer)只用于放射性杂交图中的情况让我们从标有 Submi t(提交)的按钮开始。在短时间等待后,将出现一个滚动列表,包括所有符合要求的图谱。一般都会有基因型、细胞遗传型和物理型图谱现在对感兴趣的图再按 Submi t。因为每个图都要花时间来获取和演示,所以除非使用速度很 file://E:\wcb\生物信息学(中译本)\第十二章鼠类和人类公用物理图谱 2005-1-18

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第十二章鼠类和人类公用物理图谱数据库的使用页码,5/1 快的网络连接,最好将同时浏览的图谱的数目限制在3个以内图谱被整理后,将会打开一个新的窗口,以肩并肩的方式演示被选中的图(如图12.6),两个或多个图中均用到的标记物用线相连,应注意有时也存在矛盾现象。要得到演示图谱中一个标记物的其它信息,可双击它的名称。浏览器窗口将会返回前一页并演示所选标记物在GDB中的词条。这个词条将会包括与GDB中其它信息的超链接( hyperl i nk) (如目录词条)和一些其它的生物数据库要得到制图方法的信息或关于一张特定图的其它信息,双击其垂直的主干,得到一张网页描述图谱并给出详尽的信息。(警告:不要关掉 Mapi ew,后的浏览器窗口,由于Java安全性的一个特点,微程序只有当浏览器窗口开着时才能演示关于所选标记物的信息)。 Mapi ew(图片演示)中的演示可通过选择iew(演示)菜单中的 Marker Names(标记物名称)或 Di spl ay Options(演示选项)来调整。这些选项可以让用户开或者关某些图的演改变图谱的相对摆放顺序、并熟练选择标记物的名称。标记物被演示时默认为使用其基因座D 片断名。但有时候如果使用最初实验室里的命名,信息量将会更大,因为这会对标记物的本质提供一些线索(例如,它是微卫星重复片断,还是一段表达序列) 要在图上搜索一个特定的标记物,应从Edit(编辑)菜单中选择Find(寻找)一项。输入个或多个标记物的名称再按0K按钮。标记物的任何别名都能使用,也可用一个单*号,被选中的标记物高亮度显示并滚动到视野内来自个体来源的基因组范围图谱尽管一级数据库,如Eηtrez和GDB是已发表的图谱的重要来源,但是它们还没有能替代原始数据的东西。有能力制作自己的物理图谱的实验室一般都有自己的网址,连向它们的图谱数据库。通过从这一渠道直接获取资料,我们可以看到制图实验室所使用的图的形式、下载原始数据、并且了解实验室制图时的协议。另外,一些图在出现于Eηtrez和GDB前经常被丢掉。 Entrez和GDB数据库选择的表达方式,对那些希望将新的标记物定位于已知物理图谱上的研究者来说,只提供了最小的帮助基因组的基因图谱尽管本章讨论的是物理图谱的来源,但若不涉及基因图谱,这些讨论就不能算全面,因为后者是制作许多物理图谱时工作的基本骨架,也是许多制图项目的起点。有两种基因组范围的基因图谱可供选择。 Genethon图( Dib et a.,19%6)含5264个多样性微卫星重复片断,间隔1.6cM。完整的数据库文件,以及图谱的 PostScri pt方式图形表示,在 Gene thon的FTP站点上均可获得,这些图通过GDB也可以获得第二大基因图谱由 Cooperati ve Human Li nkage Center(公用人类链接中心)( Murray et a|.,1994)制造,CHLC图由10775个标记物组成,大多数为微卫星重复片断,间隔3.7cM。人类基因组的转录物图在1996年10月, Horno sapiens的一个全基因组转录物图由一个国际合作的研究实验室发表于 Science上( Schuler et a.,1996)。这个图由~15000个不同的表达序列组成,由放射性杂交法定位,与 Genethon基因图谱衍生的框架相近。通过对酵母人工染色体作STS含量法又增添了1000个表达序列。在这张图中,大约1/5的标记物有已知的或是假定的功能,而余下的代表了未知功能的表达序列。制成图的序列一般由 Uni geneset衍生而来,它是一个由NCB管理的公用重复ESTs数据库。 file://E:\wcb\生物信息学(中译本)\第十二章鼠类和人类公用物理图谱 2005-1-18

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第十二章鼠类和人类公用物理图谱数据库的使用页码,6/1 转录物图是通过将八家不同实验室的图谱数据综合而得到的。为协调制图方法的些微不同, 表达序列被放在由 Genethon基因图谱衍生的框架上。结果,该图的最大分辨率为~2CM。很多情况下,可以从各个实验室的数据库里得到针对某一部分数据更好的制图信息,特别是the Whi tehead insti tute和 Stanford Uni versi ty的。浏览NCB转录物图转录物图可在两个网址上得到。数据的“亲本”站点为NCB。在那儿可以找到含有全基因组转录物图的 Science文章的全文,以及彩色的图象,但一般都只有装饰性的墙面图案。另外, 也有搜索页可以让浏览者对特别感兴趣的基因进行查询,或是通过对功能未知,但其读码框与某已知功能的蛋白质相近的表达序列图谱进行搜索 NCB网址的一个限制就是它不能在低分辨率标记物分布柱形图上提供转录物图的图形。但是通过 Mapi ew微程序就可以得到其图形显示。从GDB的首页,沿着What'sNew的链接,可找到全基因组转录物图(到本书出版时链接形式可能已有所不同)。同样,可以认为转录物图也是 Entrez网将要制作的一部分任何支持网络浏览器的计算机系统都可用来浏览NCB转录物图,要求是应连向 Internet并支持TCP/P。通过 nternet服务器可能形成一个 dedi cated网络连接或是一个拨号连接。因为这个网址图形不多,所以连接速度不要求很快首先,点击 Science转录物图网页所在的浏览器,得到转录物图的主页,通过其鲜快的桃红背景很容易认出它。现在,寻找并点击标有 Reasearch Tool s Page(研究工具页)的链接。般这个链接很不起眼(它在该页的右方,图的下方),这个链接会引向一个有几种搜索方式的窗口,你可以按址、按假定功能或只按序列进行搜索要想搜索基因组的一个特定区域中特殊目的基因的图谱,可选择标有 Map Search(搜索图谱)的链接,得到含有一列染色体的页面。选择感兴趣的染色体,得到与图12.7相似的页面。现在,在标有 Interval(间隔)栏中,输入两个 Gene thon基因标记物来定义你感兴趣的区域 Genethon图可从GDB得到,或直接在上面所给的URL上的 Gene thon中得到。例如,如图12.7所示,要搜索位于染色体18的 Gene thon图上32cM和34cM中的表达序列,可输入D18S464 D18S153,再按 Select Markers(选择标记物)键开始搜索,得到列有目标区域中表达序列的页面(图12.7),其中每个EST位于不同列,并有简短说明。附言“ Hi ghl y si mi l ar to 或“ Si mi l ar to”说明它不对应已知基因,但与 Swi ss-Prot中的某个基因相似每个转录物的名称都是一个超文字链接。选择此链接会产生一个页面,对转录物进行详细说明。在可获得信息中有重叠基因表、形成转录物群的ESTS、CDNA的准备原始材料,转录物的克隆1D(在1.M.A.G. E Consorti um的网页可得到大多数ESTs的克隆号)、 Swiss-Prot相似性搜索结果,以及 Entrez中关于其序列和词条信息的链接。要想根据名称或假定功能搜索一个图中的转录物,应回到搜索页并选择 Text search(主题搜索)。接着会弹出一页,上面有一个或多个搜索项。你可以搜索以下类型的内容, Gen Bank中的一个通道号、一个标记物或地点名称、在转录物 Gen Bank词条的说明区内找到的一个说明性词语、或是在 Swiss-Prot词条的说明区内找到的说明性词语,转录物与之很相似。你可以同时限定很多搜索项,这样搜索系统会挑出含所有项的那些词条。按 Search搜索键提交搜索,将会出现一列符合条件的转录物,其形式与前所述搜索的图谱相似。例如搜索 krabi n(角蛋白)通常会得到17种 keratin和与 keratin相似的转录物,并指出它们在图中的位置 file://E:\wcb\生物信息学(中译本)\第十二章鼠类和人类公用物理图谱 2005-1-18

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第十二章鼠类和人类公用物理图谱数据库的使用页码,7/1 搜索的最终类型取决于 BLAST相似性,如要搜索与一段DNA序列相似的转录物图,在搜索页上选择“序列搜索”,弹出一个很大的输入区。用 FASTA模式将目的序列剪切后粘贴在输入区先在>后加上序列名称(任意标记物均可),再加入该序列,如下 > bl undergo obi n3′end CTTGCATGCCTGCAGGTCGACTCTAGAGGATCCCCCTGTGCAGCATTCCATAAT GTGAATATATAACACTTTATTCAAAATTTGGGGAAATAGTACCTTGTACATACA TAATTTCACATGTTTGCCAGTGTGTGTTTTAGATACATGCCTGGA 如该序列在 Gen Bank中已有一词条,那么只要输入其通道号就可以了。按下 Submi t Query(提交要求)键。在被查询序列对照转录物序列进行一次 BLAST搜索后,NCB|服务器将会给出一页结果,总结所有相似转录物的身份和图中位置 Whi te head i nsti tute提供的人类物理图谱 The Whi tehead i nti tute/Mi t center for genome research是两张基因组范围物理图谱的最初来源。其中一张是STS含量图,内含指定为YAC的10000多个标记物,以及一张含12000个左右标记物的放射性杂交图。 Whi tohead所用的G4杂交板( Genebri dge4 radi ati on hybri d pane)分辨率为~1Mbp,而以YAC为基础作的图分辨率大约为200kbp。这些图已经和 Genethon基因图相结合,产生了一张合图,在平均150kb范围内有20000个STSs。 Whi tohead图上大约有一半的标记物是表达序列,它们在人类转录物图上也会出现。 Wl( Whi tehead insti tute)图可通过网络从 Whi tehead center for genome research的主页上得到。沿着“人类物理图项目”( Human Physi cal Mappi ng Project)的链接就可以得到感兴趣的图,这些图可通过几种方法浏览。选择一系列pop-up菜单可以产生所选染色体的图,选择选项按钮可以综合放射性杂交图、STS含量图和基因图。与Eηtrez一样,这些图不是固定不变的。点击一个STS或是重叠群,会弹出关于该图素详细信息的页面。图形式图谱在网址上可按GlF或 Maci tosh最初模式(PCT)下载。最近引入的一个多图浏览器,有一个望文生义的名称 Mul ti map(多图)可以为Java型浏览器(如图12.8)提供这些图详尽的信息。这些图的后转录形式在 Whi tohead ftp站点上也可得到。但应注意,这些后转录图是一些长几英尺,与墙壁差不多尺寸的怪物。这就需要一个有足够内存(至少8M)的激光打印机或标绘器才能进行硬拷贝。 Whi tohead网址上还提供了对图谱数据库进行査询的搜索页。这些搜索数据的链接可按名称 Gen Bank通道号、STS型号、染色体分配进行搜索。另外, Whi behead网页也可根据功能关键字搜索制图转录序列,并提供与NCB|中的主转录物图的链接 Whi behead也为那些希望建立他们自己的STS的研究者提供服务,并将之放在一个或多个图上,这些服务包括一个在线的引物选择程序,引物3 将一个STS放在 STS/YAC含量图上的服务将一个STS放在放射性杂交图上的服务 Whi tohead图远未完善,对合图进行监督性测试就能显示出在基因图、放射性杂交图和 STS/YAC图上的STSs位置间存在矛盾。这些矛盾表现在合图上仍存在交叉线。解释这些图的个关键点在于理解这些图在可靠性与分辨率水平不一。基因图骨架在数十兆时能可靠地连接 file://E:\wcb\生物信息学(中译本)\第十二章鼠类和人类公用物理图谱 2005-1-18

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第十二章鼠类和人类公用物理图谱数据库的使用页码,8/1 标记物,但在低于约2兆时就无法准确解决两个STS的顺序问题了。放射性杂交图能够测知约 10Mb的连接,有效分辨率达~1Mb(更小的间隔也能排序,但是不可靠性逐步增加) STS/YAC图可以测知两个相互间隔1Mb的STS的连接,估计分辨力达100~300kb。理解图谱时头脑中应有这些尺度上的差异。一般在1Mb的范围以下,STS/YAC图是说明顺序的图谱中最可靠的一种在STS含量图中,由于STS和YAC的不等分布,可靠性也会有地域差异。在YAC密集的区域(每一个STS有5个或更多的YAC),在排序信息的重要性上,图谱结果是相对更可靠的。在低密度区,图谱结果中就会有几种同时可能替代的STS顺序,并会附上数据。假定的错误的反面情况,如图12.8中,表示为图中的空白框。这一点也会严重降低图谱的准确性。最后,因为在所有YAC库中都存在嵌合现象的问题,双键(例如,一对STS同时与2个或更多YAC连接)比单键(STS只由1个YAC连接)更能可靠说明相邻关系。尽管只有在基因图或放射性杂交图中存在支持性数据时,图上才能构建单键信息,但单由两个STS相连形成的连接仍保留怀疑。这些元素在任何制图区域被详细检查的时候都应考虑在内。下面的部分介绍如何在 Whi tohead图上,通过 Whi tohead网址安置新的STS。从STS设计和针对 Whi behead和放射性杂交图进行制图开始设计一个STS,置于 Whi tohead上设计一个STS需要一个高质量的DNA序列,至少长达所需的PCR产物。为得到最好的结果,这些序列应不含重复元素和载体序列,并且质量相对高些。任何支持一个WW浏览器的计算机系统都可以使用该程序,支持TCP/P的网络连接也是必须的首先,将浏览器连到 Whi tehead Genome Center的主页。寻找并点击指向 MW Pri mer Pi cki ng 的链接。接着出现一页,在其上方有一个很大的输入框。剪切原始序列并粘贴到该处,只用粘贴原始序列,不需用名称或其它标记词。这些碱基可以小写或大写,而白色空格可以忽略现在,向下滚动窗口,将PCR的条件调至需要值。那些关于盐浓度、温度和产物大小范围等的默认值均是Ⅵ所设定的。如果有必要的改变需输入时,按标有 Pick pri mers键返回一套引物处进行特定设定。这些引物现在在对感兴趣的序列的审查实验中用得上。通过放大基因组DNA 中的一条特定带,可以对这些引物的能力进行经验性鉴定。引物的失败主要与引物扫描区域中的重复元素有关。相反,通过进行 BLAST或 FASTA搜索,再选择引物对,来对输入序列中的重复序列进行筛选则是比较明智的,如果STS成功地放大了一条特定带,它就可以与 Whi tohead sts/TAC含量图或放射性杂交图相联系,被制成图。与 Whi tohead sts/YAC含量图联系对STS制图一旦被制出后,一个STS就可以通过对 CEPT mega-YAC库的扫描确定在STS/YAC含量图上的位置。而对含有超过30000个克隆,其中又有1200个排列、板块和柱池(row、 plate和 col um pool)的YAC库进行搜索,实在是一件头疼的任务。可喜的是,几个生物技术公司己经提供了 CEPH YAC的复本和(或)筛选系统,包括 Research Geneti cs Corporati on。 Whi tohead图就是仅从YAC库的后一部分构建起来的。这意味着库模块中位于709—972的范围仍需筛选。STS 接着就可以用以下步骤放在图上了。使浏览器连向 Whi tohead的主页,并点击标有 Human Physi Mappi ng Proj ect的链接以跳到该组织的物理制图页。从这儿,再找到并选择“ Search for a yac to i ts address”,接着出现一页,内有一系列pop-up菜单,能用于输入单个YAC的地址、或一个输入单个YAC名称的主题栏、或一个能粘贴 AC地址的大型区域。后者适用于将多个YAC用于研究的时候。在这个地方输入YAC列表,再使用“ pl ate_ row col umn”形式,这里是用“_”号分离板块、排和列这三维(如709A_1),也可输入多个YAC地址,用空格或 carrI age回车隔开。搜索过程 file://E:\wcb\生物信息学(中译本)\第十二章鼠类和人类公用物理图谱 2005-1-18

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