第十三章 ACEDB一个基因组信息的数据库 页码,1/12 第十三章 ACEDB一个基因组信息的数据库 ACEDB的一般特点 背景 ACEDB(一种线虫C.e/ egans数据库)是一种被广泛应用的管理和提供基因组数据的工具组。它 是在1991年由 Ri chard duri n和 Jean Thi erry-Mi eg首先提供的,他们发展它来支持和整理 C. elegans领域中的大范围序列和物理图谱的工作。在本章结尾所列出的因特网资源和资料中 可见1和2条。后续的程序由 Durbin和 Thierry- Mi eg编制和完善,还有许多其他人参与了代码 的编制。这一时期, ACEDB适用于许多动物和植物的基因组计划[3]。软件对于“非基因组 信息的计划仍然有效,诸如,民族植物学的数据、基因命名法、具体的文献等[4,5]。准确 估计基于 ACEDB资源的出版物很困难,1997年春的保守估计[3]是25-30种 ACEDB由于它的一些特性而流行起来。该软件是免费的,并且可运行在Unx和 Maci tosh0S系 统下, Wi ndows版本马上就会推出。数据库以丰富的图形界面提供信息,包括有具体显示的基 因图谱,物理图谱,新陈代谢的途径和序列等。界面依靠相关信息的超级文本连接,并可由 鼠标方便的完成操作。数据用流行的对象的形式进行组织,使用大家熟悉的类别如,相关的 文献,基因,描述,和克隆的DNA等。也许最重要的是, ACEDB能很容易的由于新信息而被重新 设定.简单的图解语言和快速数据装载的周期使 ACEDB适合一个”废弃( throwaway)”数据库的 建立,他可用于专用的数据分析,还可用于许多永久性数据的采集,而且使用者不需要经过专门 的计算机和数据库的训练就可以使用 ACEDB。对于资源有限的计划,这往往是决定使用 ACEDB 的关键因素。 本章主要把 ACEDB作为序列数据的管理工具来介绍,而不是当作一种提供数据的方法。这里并 不是把 ACEDB的每一部分都专门的介绍,而是主要集中在: ACEDB的早期的数据采集的作用, 和主要面向内部使用者的注释的过程。现在使用 ACEDB来管理序列数据和用于其他计划的有: 剑桥大学的 Sanger(英国),华盛顿大学的基因组中心,克罗拉多大学( Col orado State Ini versi ty)的 Aedes aegypti基因组计划, Massachusetts general医院的 Arabi dorsi s物 理图谱计划,和 Wal ter和 Eliza hal|研究院(WEHL)的疟疾基因组计划。 读者肯定会对有感于管理和提供生物学数据的软件的高速的发展速度。 ACEDB本身是基于Uni 系统开发的,并当作X- wi ndow的应用程序被首次展示出来的。现在,许多用户可通过万维网 ( Worl d wi de web)登陆到公共数据服务器上来使用它。将来,很可能由Java语言或其他网 络语言编写的有人们更熟悉界面的 ACEDB将出现。但本章主要介绍X- wi ndow版本(Xace4,3) 及与它相关的特性 界面 以下简写代表鼠标操作。 M:鼠标左键 M:鼠标中键 RM:鼠标右键 般的 ACEDB用户通过浏览超文本连接的文件来交互的操作 ACEDB。这种浏览方式的界面如图 13.1。这是从 Grai n gene(一个用于 Tri ti ceae的数据库)吸取来的包含有多个 ACEDB窗口的 阻合窗口。这些窗口是一系列鼠标操作产生的,如用户定位两种不同的信息内容。 ACEDB的主 窗口是位于图中左上的窗口,它在软件开始时就显示出来。其中列有数据类型用于查阅。点 file://E:wcb生物信息学(中译本)\第十三章 ACEDB一个基因组信息的数..2005-1-18
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第十三章 ACEDB一个基因组信息的数据库 页码,2/12 Reference类型(双击LM)打开一个 KeySet窗口,其中列出了许多 Reference类型的成员, 这些成员被称为对象。点击一个 reference对象,如BCG-28-487,则打开了第三个窗口(右下 窗口)显示文献的细节,如作者,题目等。点击任何粗体字都可打开相应的窗口。 图13.1 图13.1还包括一个遗传图谱(左下)。这是在 reference窗口下,点击ocus下的iBg弹出 的。这是众多的用图形形式描述数据的方式中的一种。图中的 l ocus标记也是超文本连接的, 可通过点击(LM)把它击活。文本窗口中遗传图谱下的数据是可视的,就象在 reference窗口 中一样。在这种情况下,如果有适当的数据和图形,数据库管理员就把 locus标记设置成缺省 值,使它显示遗传图谱。 关于 ACEDB还有一些在线的教育。这里特别推荐在 Sydney的澳大利亚遗传信息中心的 Bruno Gaeta提供的一个[7]。 Cornel l大学的 Dave. Mat theos正准备提供一个关于遗传图谱显示的教 育内容[8]。后文还将更详细的介绍序列显示的特点。 数据模型 ACEDB的核心部分是“数据模型”(或图形),这将决定数据库中的数据是如何组织的。各个 模型可由简练的语言加以解释,这由数据库管理员来定义。各类数据可由如 sequence, gene, reference等类型来表示。各模型以如图13.2的形式保存在名为 model s.Wrm的文本文件 中,它存在数据库的 spec目录下。在文本框中,设定显示数据的模型有很强的灵活性,但在 其它的 ACEDB的显示中[9],需要各模型中包括有预先定义好的结构。这一内容将在后文的 “序列显示”中加以讨论。注意,更详细的模型介绍和 ACEDB中模型的问题可见[10]。读者可 查阅不同的数据库来了解模型的适用范围 //thi s shows parti al model s for the sequence //Locus and Paper cl ass ?Sequence DNA UNI QUE DNA UNI QUE Int Structure Length UNI QUE Int Properti es Pseudogene Genomi c canoni cal Locus LOCus XREF Sequence Paper ?Paper Remark Text ?Locus Sequence Sequence XREF Locus Paper ? Paper ?paper Ti tle Text file://E:wcb生物信息学(中译本)\第十三章 ACEDB一个基因组信息的数..2005-1-18
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第十三章 ACEDB一个基因组信息的数据库 页码,3/12 图13.2 modl es.wrm 为了展示一些模型的特点,我们先看为 sequence, l ocus,和 paper information这三种信息 的模型。这些例子并不能展示这种模型语言的全部功能,但能展示一些重要的特点。 模型有一个等级树的结构,就象概要图一样,数据开始于总括,然后沿许多支路进行处理 越分越细。从树的根开始,每一个支点都代表一类(阶层)数据的一个子分裂。每一支路开 始于一个标示符,或就此终结或带有许多字段,这里可填入数据, Structure,cDs,和 Paper 就是标示符的例子,Int,和? Paper是字段 从左上开始,向下处理。透过 Sequence模型的例子(图13.2),我们可以看出,这种模型可让 DNA序列的内容同一个DNA对象,它的长度,及序列性质的类型(这里的 Proper ties分支分为 三支)联系起来。还可知道序列的那一部分已被发布了,是否有一个位点与它对应,是否要 对它进行什麼特别的说明。 这一类的第一个字段(? Sequence)被存为一个对象名的存储器。对象名要能被唯一识别,许 多与序列相关的其他信息要通过对象名附加给对象的。其他类型的字段有:Text(接受自由 格式的文本), Float(用于浮点型数据),Date(用于日期),Int(用于整型数据) 种字段类型限制填入其中的数据类型。例如,一个长度型( I ength)中能填入100,但不能填 one hundred。作为缺省,一个字段可复制本身来接受多重数据的输入。这通常是有用的, 个序列会涉及到多重的论文( Paper),位点(loci),评论( remarks)。但是, UNI QUE限 制一个字段对每一个对象只能有一种输入类型。在本例中,一个 sequence对象只能有一个长 度,字段还有别的更复杂的限制,这里就不在涉及。 通过使用字段,它们接受对象名,把信息在 ACEDB内互连起来。“?”前缀识别这些字段。考 虑 sequence模型中的分支,它们把一个序列和一个出版物联系起来。 Paper pape 当为一个特定的序列把数据输入到? Paper字段后, Sequence对象和已命名的 Paper对象就会建 立起链接,该链接通过在用户界面中点击Link来操作。如图13.1所示。但是,这种链接是单 向的。虽然浏览者在 Sequence对象中能见可点击的粗体的 Paper字段,但相应的 Paper.对象却 不能回联到 Sequence中。不过,许多数据库管理员都愿向用户提供双向的链接。可通过使用 XREF( cross- reference)来自动建立。一个 Sequence模型中的XREF的例子是 Locus ?LoCus XREF Sequence 个XREF字段有两个部分,XREF前面的部分是“目标类( cl ass)”,这里是? LOCUS,这里它 必须是cass- XREFS而不能是nt,Text,Foat,或 DataType类型。XREF后面的是“目标标识 符( target tag)”,这个标识符说明在目标类中哪些字段可用于建立交互式的链接。为了 运行XREF, Locus类必须支持这种链接,这意味着在? Locus字段中,一个支路必须包括 Sequence目标标识符和有确定 regence对象的字段。这支路是: Sequence ?Sequence 为满足这个要求,当 Sequence对象中的? LOCUS字段一填入数据,XREF就建立交互式的链接, 对于数据库的管理员,这将大大简化双向链接的管理。更进一步的是建立全双向链接,使输 入任何字段的数据都能建立双向链接,要作到这一点,我们应如下修改 Locus模型 Sequence ?Sequence XREF Locus 可用标准形式//对模型进行注解,(当 models.wm文件被读入时,一行中//右侧的内容将被 忽略)。注解在编写 model s.Wm文件和数据文件时非常有用。 file://E:wcb生物信息学(中译本)\第十三章 ACEDB一个基因组信息的数..2005-1-18
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第十三章 ACEDB一个基因组信息的数据库 页码,4/12 效据输入 数据是以模型做为模板输入到 ACEDB中的。数据文件可通过Ⅹ- wi ndows界面或直接通过薮据库 中的命令行把数据输入给数据库的[12]。这个命令行界面,这里虽然不介绍,但在从其他处 理过程的自动收集数据操作中却很重要。还可在运行数据库时,直接建立个人的对象。选用 什麽方法取决于数据库管理员参数的选择,数据量的多少和数据的性质。要把大量数据从文 件中高效的输入,就很少会使用交互式的方法。当文件被调用时,直接使数据格式化,还有 个“段落”来描述这个对象(用空行来分开每一个段落),每段的第一行总是类名,接下 来是对象名,所以字段通过先于它们的标识符立刻被识别。为加入 sequence和 paper对象,我 们应如图13.3输入数据。 注意,我们不用填写每一个字段,标识符也不用同模型中显示的顺序一样。但是,标识符-字 段的组合必须符合模型,如果不符合,数据库就会认为是出错。所以, Genomi c canoni cal模 型后不能跟有字段。那些在同一行中标识符后跟有其他信息的输入数据也是错误的。更细致 的关于数据装载过程的讨论见[13],它包括有:大型数据文件的准备,数据的删除,及对象 更名等内容。 查询和表格 ACEDB用査询的语言来应用对象的性质和不同数据间的链接。有几个查询的界面:纯文本的形 式(这里不涉及),一个“原始”的査询工具,用户在查询时直接输入命令;“ query be exmpl e(范例式査询)”工具,它实现功能就象填表一样;“ query bui I der(查询创建 器)”,它帮助用户确切的建立复杂的查询。查询的响应是一系列符合具体标准的对象名 (技术上如图13.1中的 KeySet),査询的语法是固定的,合法的查询必须和模型的结构兼 容,因此 Find Sequence ATHF0O1: Fol l ow Locus 是一个合法的査询。如前所述,它对应于模型和数据,这个查询的回应将列出联系这一序列 的位点,但是查询, Find Sequence AGE>10 虽然符合语法,但是错误的,因为 Sequence类中没有Aqge标识符或相关的字段。如果,一定要 这样査询,可由数据库管理员修改模型,添加相应的字段 ACEDB中还包括有 Tabl eAker,一个用于创建相关表格的工具。它的界面很复杂,但功能很 强,它可让用户从内联的各类中引用和关联信息。相对于前述的査询, Tabl eAker能显示和 检索对象中的信息,而不只是列出对象名。关于查询和 Tabl eAker的教学内容见[14-16 te "AtTHFool Length 3879 Remark a very strange Arabi dopsi s thal i ana DNA Locus"FOOl Genomi c canoni cal Remark "a second remark LoCUs FOOl file://E:wcb生物信息学(中译本)\第十三章 ACEDB一个基因组信息的数..2005-1-18
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第十三章 ACEDB一个基因组信息的数据库 页码,5/12 Paper "smi th_1997_aahmt 图13.3 ACEDB的数据文件 使用性和安装 ACEDB可从许多免费访问的FTP站点获得。在标准发布中带有为Unix系统的安装说明。还可为 那些需要重新编辑的用户提供资源代码。关于FTP与平台的详细内容可从前面已提到的FAQ中 找到[3]。本章的内容是关于版本4.3的 ACEDB,也是写作本书时的流行版本。新的内容会定期 的出版在 ACEDB的新闻组中[17] ACEDB中的序列分析 引论 图形格式的显示可让用户在 ACEDB中快速收集和分析遗传数据。虽然Map和 Cl one Gird显示, 它们支持遗传图谱和物理图谱项目,并且可用图形显示来代表生物化学的途径,但我们的重 点在序列分析 序列的显示是一种特征图谱( Feature Map,Fmap),它链接有许多工具,其中包括Gene Finder[18]; Blixen,一种 BLAST[19]多重比对观察器[20]:D0TTER,一种点-图程序[21]。 综合这些工具,为序列分析提供了丰富的图形环境。 虽然设计的一般性允许来自于主要模型系统,病原体,和人类的的序列用类似的方法进行分 析,但Fmap最初是为支持线虫(C. elegans)基因组序列计划而开发的。 特征图谱 特征图谱是一种高度可配置的显示格式,图13.4显示了一张来自于 Schi zosaccharomyces pombe的rhp6的己配置的显示样式。该图展现了这种显示形式的一般结构。顶部是按钮和文 字,下面是若干列,这些列从左到右用红色数字记数,下面从左到右加以解释: 1. Locator:绿色的框显示完整序列的蛋白质(黑色条)。移动操作通过:a) Zoom In, Zoom out,和 Whol e按钮;b)点击绿色框并滑动(LM);c)点击定位条中心的右侧 (MM),点击定位条的左侧(LM)可滚动和放缩。 2. Sequence and ends:全白色框和序列对象名(EM:250728),全白框表示几个 sequence(序列)对象重叠群的交叠部分(本例中没有交叠) 3. Summary:黄框中其他颜色条强调某些特性。兰色条界定了“活性区”。 4. Scale:用顶部的 Ori gin文本输入框,重定记数从序列中的强制点开始。 5. Genes:" Genes”这里表示完整的和部分的转录序列[如mRNA或编码序列(CDS:从转译 起始密码子到终止密码子),它决定着外显子结构]。外显子(兰色轮廓框)和内涵子 (线条联着外显子)被显示出 6. Features:暗红色框与除了能从EMBL特征表和 GeneBank记录中找到的基因以外的特征相 联系 7.AG:小黄色框代表着每个阅读框中的潜在的甲硫氨酸转译起始密码子,通过配置 GeneFi nder表,可建造其他的密码子。 file://E:wcb生物信息学(中译本)\第十三章 ACEDB一个基因组信息的数..2005-1-18
Paper "smith_1997_aahmt" 13.3 ACEDBⱘ᭄᭛ӊ Փ⫼ᗻᅝ㺙 ACEDBৃҢ䆌ܡ䌍䆓䯂ⱘFTPキ⚍㦋ᕫDŽᷛޚথᏗЁᏺ᳝ЎUnix㋏㒳ⱘᅝ㺙䇈ᯢDŽ䖬ৃЎ 䙷ѯ䳔㽕䞡ᮄ㓪䕥ⱘ⫼᠋ᦤկ䌘⑤ҷⷕDŽ݇ѢFTPϢᑇৄⱘ䆺㒚ݙᆍৃҢࠡ䴶ᏆᦤࠄⱘFAQЁ ᡒࠄ]3]DŽᴀゴⱘݙᆍᰃ݇Ѣ⠜ᴀ4.3ⱘACEDBˈгᰃݭᴀкᯊⱘ⌕㸠⠜ᴀDŽᮄⱘݙᆍӮᅮᳳ ⱘߎ⠜ACEDBⱘᮄ䯏㒘Ё[17]DŽ ACEDBЁⱘᑣ߫ߚᵤ ᓩ䆎 ᔶḐᓣⱘᰒ⼎ৃ䅽⫼᠋ACEDBЁᖿ䗳ᬊ䲚ߚᵤ䘫Ӵ᭄DŽ㱑✊MapClone Girdᰒ⼎ˈ ᅗӀᬃᣕ䘫Ӵ䈅⠽⧚䈅乍ⳂˈᑊϨৃ⫼ᔶᰒ⼎ᴹҷ㸼⫳⠽࣪ᄺⱘ䗨ᕘˈԚ៥Ӏⱘ䞡 ⚍ᑣ߫ߚᵤDŽ ᑣ߫ⱘᰒ⼎ᰃϔ⾡⡍ᕕ䈅˄Feature Map,Fmap˅ˈᅗ䫒᳝䆌Ꮉ݊ˈЁࣙᣀGene Finder[18]˗Blixemˈϔ⾡BLAST[19]䞡↨ᇍ㾖ᆳ఼[20]˗DOTTERˈϔ⾡⚍ᑣ[21]DŽ 㓐ড়䖭ѯᎹˈЎᑣ߫ߚᵤᦤկњЄᆠⱘᔶ⦃๗DŽ 㱑✊䆒䅵ⱘϔ㠀ᗻܕ䆌ᴹ㞾ѢЏ㽕ൟ㋏㒳ˈ⮙ॳԧˈҎ㉏ⱘⱘᑣ߫⫼㉏Ԑⱘᮍ⊩䖯㸠ߚ ᵤˈԚFmap᳔߱ᰃЎᬃᣕ㒓㰿˄C.elegans˅㒘ᑣ߫䅵ߦ㗠ᓔথⱘDŽ ⡍ᕕ䈅 ⡍ᕕ䈅ᰃϔ⾡催ᑺৃ䜡㕂ⱘᰒ⼎Ḑᓣˈ13.4ᰒ⼎њϔᓴᴹ㞾ѢSchizosaccharomyces pombeⱘrhp6ⱘᏆ䜡㕂ⱘᰒ⼎ḋᓣDŽ䆹ሩ⦄њ䖭⾡ᰒ⼎ᔶᓣⱘϔ㠀㒧ᵘDŽ乊䚼ᰃᣝ䪂᭛ ᄫˈϟ䴶ᰃ㢹ᑆ߫ˈ䖭ѯ߫ҢᎺࠄে⫼㑶㡆᭄ᄫ䆄᭄ˈϟ䴶ҢᎺࠄেࡴҹ㾷䞞˖ 1. Locator: 㓓㡆ⱘḚᰒ⼎ᅠᭈᑣ߫ⱘ㲟ⱑ䋼˄咥㡆ᴵ˅DŽ⿏ࡼ᪡䗮䖛˖a)Zoom Inˈ Zoom OutˈWholeᣝ䪂˗b)⚍ߏ㓓㡆Ḛᑊ⒥ࡼ˄LM˅˗c)⚍ߏᅮԡᴵЁᖗⱘেջ ˄MM˅ˈ⚍ߏᅮԡᴵⱘᎺջ˄LM˅ৃ⒮ࡼᬒ㓽DŽ 2. Sequence and ends˖ܼⱑ㡆Ḛᑣ߫ᇍ䈵ৡ˄EM˖250728˅ˈܼⱑḚ㸼⼎Ͼ sequence˄ᑣ߫˅ᇍ䈵䞡㕸ⱘѸ䚼ߚ˄ᴀ՟Ё≵᳝Ѹ˅DŽ 3. Summary˖咘ḚЁ݊Ҫ买㡆ᴵᔎ䇗ᶤѯ⡍ᗻDŽ݄㡆ᴵ⬠ᅮњĀ⌏ᗻऎāDŽ 4. Scale˖⫼乊䚼ⱘOrigin᭛ᴀ䕧ܹḚˈ䞡ᅮ䆄᭄Ңᑣ߫Ёⱘᔎࠊ⚍ᓔྟDŽ 5. Genes˖“Genes”䖭䞠㸼⼎ᅠᭈⱘ䚼ߚⱘ䕀ᔩᑣ߫>བmRNA㓪ⷕᑣ߫˄CDS˖Ң䕀䆥 䍋ྟᆚⷕᄤࠄ㒜ℶᆚⷕᄤ˅ˈᅗއᅮⴔᰒᄤ㒧ᵘ@DŽᰒᄤ˄݄㡆䕂ᒧḚ˅ݙ⎉ᄤ ˄㒓ᴵ㘨ⴔᰒᄤ˅㹿ᰒ⼎ߎDŽ 6. Features: ᱫ㑶㡆ḚϢ䰸њ㛑ҢEMBL⡍ᕕ㸼GeneBank䆄ᔩЁᡒࠄⱘҹⱘ⡍ᕕⳌ 㘨㋏DŽ 7. ATG˖ᇣ咘㡆Ḛҷ㸼ⴔ↣Ͼ䯙䇏ḚЁⱘ┰ⱘ⬆⸿⇼䝌䕀䆥䍋ྟᆚⷕᄤˈ䗮䖛䜡㕂 GeneFinder㸼ˈৃᓎ䗴݊ҪⱘᆚⷕᄤDŽ कϝゴ ACEDBϔϾ㒘ֵᙃⱘ᭄ᑧ 义ⷕˈ5/12 file://E:\wcb\⫳⠽ֵᙃᄺ˄Ё䆥ᴀ˅?कϝゴ ACEDBϔϾ㒘ֵᙃⱘ᭄... 2005-1-18 Click to buy NOW! PDF-XCHANGE www.docu-track.com Click to buy NOW! PDF-XCHANGE www.docu-track.com