Top Banner
Functional Annotation 基基基基基基 唐唐唐 唐唐唐唐唐唐唐唐唐唐唐唐 2013 唐 11 唐 23 唐
36

Functional Annotation 基因功能预测 唐海宝 基因组与生物技术研究中心 2013 年 11 月 23 日.

Jan 03, 2016

Download

Documents

Reynold Boyd
Welcome message from author
This document is posted to help you gain knowledge. Please leave a comment to let me know what you think about it! Share it to your friends and learn new things together.
Transcript
Page 1: Functional Annotation 基因功能预测 唐海宝 基因组与生物技术研究中心 2013 年 11 月 23 日.

Functional Annotation基因功能预测

唐海宝

基因组与生物技术研究中心2013年 11月 23日

Page 2: Functional Annotation 基因功能预测 唐海宝 基因组与生物技术研究中心 2013 年 11 月 23 日.

Functional Annotation

?

Page 3: Functional Annotation 基因功能预测 唐海宝 基因组与生物技术研究中心 2013 年 11 月 23 日.

Name that protein

?C2H2 zinc finger proteins

Calmodulin and calmodulin-related calcium sensor proteinsCellulose Synthase Gene Family

Cysteine Rich PeptidesCytochrome P450

Early Auxin-responsive Aux/IAA Gene FamilyF-Box Proteins

Glycosyl Hydrolase MADS-box family

Serine ProteasesWRKY family

……

Page 4: Functional Annotation 基因功能预测 唐海宝 基因组与生物技术研究中心 2013 年 11 月 23 日.

Erythropoietin (促红细胞生成素 )

Page 5: Functional Annotation 基因功能预测 唐海宝 基因组与生物技术研究中心 2013 年 11 月 23 日.

Myostatin (肌肉生长限制因子 )

Page 6: Functional Annotation 基因功能预测 唐海宝 基因组与生物技术研究中心 2013 年 11 月 23 日.

Outline

• Basic Searches to Run

• Advanced Assignments

• Protein Families

• Naming Genes

Page 7: Functional Annotation 基因功能预测 唐海宝 基因组与生物技术研究中心 2013 年 11 月 23 日.

1. Basic Searches to Run

Page 8: Functional Annotation 基因功能预测 唐海宝 基因组与生物技术研究中心 2013 年 11 月 23 日.

Basic Searches to Run

• BLAST (nucleotide or protein homology) Non-redundant protein sequences (nr) UniRef (UniProt - Swiss-Prot, TrEMBL) Trusted genomes (TAIR)

• CDD (NCBI’s Conserved Domain Database) • Interpro (protein families, domains and functional sites)• HMMER or SAM (searches using statistical descriptions)

Pfam (database of protein families and HMMs) TIGRFAMS (protein family based HMMs) SCOP (Structural domains) TMHMM (Transmembrane domains)

• SignalP (signal peptide cleavage sites)• TargetP (subcellular location)• Many others

Page 9: Functional Annotation 基因功能预测 唐海宝 基因组与生物技术研究中心 2013 年 11 月 23 日.

Web BLAST

• NCBI Blast http://www.ncbi.nlm.nih.gov/blast/• WU blast http://genome.wustl.edu/tools/blast/• Uniprot-swissprot blast http://www.uniprot.org/• Phytozome http://www.phytozome.net/search.php• The Gene Indices http://compbio.dfci.harvard.edu/tgi/• Sanger projects http://www.sanger.ac.uk/DataSearch/• TAIR - http://www.arabidopsis.org/Blast/index.jsp

Page 10: Functional Annotation 基因功能预测 唐海宝 基因组与生物技术研究中心 2013 年 11 月 23 日.

CDD

• Collection of multiple sequence alignments • Contains protein domain models imported from outside sources, such as Pfam, SMART, COGs (Clusters of Orthologous Groups of proteins), PRK (PRotein Klusters), and are curated at NCBI.

Page 11: Functional Annotation 基因功能预测 唐海宝 基因组与生物技术研究中心 2013 年 11 月 23 日.

InterPro

• Database of protein families, domains and functional sites in which identifiable features found in known proteins can be applied to unknown protein sequences.

Page 12: Functional Annotation 基因功能预测 唐海宝 基因组与生物技术研究中心 2013 年 11 月 23 日.

Hidden Markov Model

• Databases of HMM domains to search:• Pfam: http://www.sanger.ac.uk/Software/Pfam/

• TIGRFAMs: http://www.jcvi.org/cms/research/projects/tigrfams/overview/

• SCOP: http://scop.mrc-lmb.cam.ac.uk/scop/

• TMHMM: http://www.cbs.dtu.dk/services/TMHMM/

• Tools to use:• HMMER, HMMPFAM: http://hmmer.janelia.org/

Page 13: Functional Annotation 基因功能预测 唐海宝 基因组与生物技术研究中心 2013 年 11 月 23 日.

Pfam

• For each family in Pfam you can:• Look at multiple alignments

• View protein domain architectures

• Examine species distribution

• Follow links to other databases

• View known protein structures

Page 14: Functional Annotation 基因功能预测 唐海宝 基因组与生物技术研究中心 2013 年 11 月 23 日.

TMHMM

• Predicts transmembrane helices in integral membrane proteins using HMM’s

Page 15: Functional Annotation 基因功能预测 唐海宝 基因组与生物技术研究中心 2013 年 11 月 23 日.

SignalP

• Predicts the presence and location of signal peptide cleavage sites in amino acid sequences from different organisms.

• Based on a combination of artificial neural networks and HMMs.

Page 16: Functional Annotation 基因功能预测 唐海宝 基因组与生物技术研究中心 2013 年 11 月 23 日.

TargetP

• TargetP predicts the subcellular location of eukaryotic proteins.

• The location assignment is based on the predicted presence of any of the N-terminal presequences:• chloroplast transit peptide (cTP)

• mitochondrial targeting peptide (mTP)

• secretory pathway signal peptide (SP)

Page 17: Functional Annotation 基因功能预测 唐海宝 基因组与生物技术研究中心 2013 年 11 月 23 日.

Gene function evidence

Page 18: Functional Annotation 基因功能预测 唐海宝 基因组与生物技术研究中心 2013 年 11 月 23 日.

2. Advanced Assignments

Page 19: Functional Annotation 基因功能预测 唐海宝 基因组与生物技术研究中心 2013 年 11 月 23 日.

Advanced Assignments

• Enzyme Commission (EC) Numberhttp://www.chem.qmul.ac.uk/iubmb/enzyme/

• Gene Ontology (GO) Terms• Pathways

KEGG MetaCyc Pathway Tools

Page 20: Functional Annotation 基因功能预测 唐海宝 基因组与生物技术研究中心 2013 年 11 月 23 日.

Assigning EC Number

• EC classification scheme is a hierarchical numerical classification based on the chemical reactions enzymes catalyze.

• Every enzyme code consists of four numbers separated by periods. Ex.- EC 1.1.1.1- alcohol dehydrogenase

• EC numbers may be assigned computationally.• There are many available tools and methods for predicting EC

numbers and pathways.• Common problems:

The computational method may not be specific for assigning EC number to the enzymes. It may be accurate to decide an enzyme family for a gene rather than a specific enzyme. To be precise, the fourth number (Ex. 1.1.1-) is often left blank.

Page 21: Functional Annotation 基因功能预测 唐海宝 基因组与生物技术研究中心 2013 年 11 月 23 日.

GO Terms

• Gene Ontology (Gene Ontology Consortium™ ) is a method used to structure biological knowledge using a dynamic controlled vocabulary across organisms.

Molecular function (MF)– What the gene product does– Think ‘activity’– Ion channel activity

Biological process (BP)– A biological objective– Ion transport, transmembrane transport

Cellular component (CC)– Location in the cell (or smaller unit)– Or part of a complex– Membrane, plasma membrane

• You can obtain GO for any sequence using tools like: BLAST2GO INTERPRO2GO

Page 22: Functional Annotation 基因功能预测 唐海宝 基因组与生物技术研究中心 2013 年 11 月 23 日.

View Pathways

• Graphical interface for users to visualize the substrates, final products and steps in a completed pathway catalyzed by an enzyme (gene).

KEGG: http://www.genome.jp/kegg/tool/search_pathway.html MetaCyc: http://metacyc.org Pathway Tools: http://bioinformatics.ai.sri.com/ptools

Page 23: Functional Annotation 基因功能预测 唐海宝 基因组与生物技术研究中心 2013 年 11 月 23 日.

Pathway Tools

Page 24: Functional Annotation 基因功能预测 唐海宝 基因组与生物技术研究中心 2013 年 11 月 23 日.

3. Protein Families

Page 25: Functional Annotation 基因功能预测 唐海宝 基因组与生物技术研究中心 2013 年 11 月 23 日.

Why Compute Protein Families?

• To group proteins by probable function• To identify possible gene structure problems• To identify evolutionary relationships between

protein families.• Gene naming and Transposable Element

assignment

Page 26: Functional Annotation 基因功能预测 唐海宝 基因组与生物技术研究中心 2013 年 11 月 23 日.

Domain Based Protein Families(Paralogous families)

Identify Pfam andall vs all blastP based domains

protein sequences

Families grouped based on type and number of

domains

Page 27: Functional Annotation 基因功能预测 唐海宝 基因组与生物技术研究中心 2013 年 11 月 23 日.

Domain Based Protein Families(Paralogous families)

Identify Pfam andall vs all blastP based domains

protein sequences

9 family members contain:

PF00027 - Cyclic nucleotide-binding domain

PF00520 - Ion transport protein

para_246

Page 29: Functional Annotation 基因功能预测 唐海宝 基因组与生物技术研究中心 2013 年 11 月 23 日.

4. Naming Genes

Page 30: Functional Annotation 基因功能预测 唐海宝 基因组与生物技术研究中心 2013 年 11 月 23 日.

Functional Assignments

NameDescriptive common name for the protein, with as much

specificity as the evidence supports; gene symbol.

RoleDescribe what the protein is doing in the cell and why.

Associated information:Supporting evidence: Domain and motifs

EC number if protein is an enzymeParalogous family membership

Page 31: Functional Annotation 基因功能预测 唐海宝 基因组与生物技术研究中心 2013 年 11 月 23 日.

Naming convention

Page 32: Functional Annotation 基因功能预测 唐海宝 基因组与生物技术研究中心 2013 年 11 月 23 日.

Methods to name gene products

1. Top BLAST hit to database of choice

2. Manually aggregate evidence from multiple sources

3. Automated Assignment of Human Readable Descriptions (AHRD) https://github.com/groupschoof/AHRD

Page 33: Functional Annotation 基因功能预测 唐海宝 基因组与生物技术研究中心 2013 年 11 月 23 日.

Automated Human Readable Description (AHRD)

Page 34: Functional Annotation 基因功能预测 唐海宝 基因组与生物技术研究中心 2013 年 11 月 23 日.

Automated Human Readable Description (AHRD)

Page 35: Functional Annotation 基因功能预测 唐海宝 基因组与生物技术研究中心 2013 年 11 月 23 日.

Automated Human Readable Description (AHRD)

https://github.com/groupschoof/AHRD

Page 36: Functional Annotation 基因功能预测 唐海宝 基因组与生物技术研究中心 2013 年 11 月 23 日.

练习•已知蛋白序列,命名•使用在线工具查找结构域和功能域