【基础】MATLAB工具箱详解：Bioinformatics Toolbox

# 2.1 序列获取与预处理

序列获取与预处理是序列分析的关键步骤，为后续分析奠定基础。

### 2.1.1 序列数据库检索

生物信息学数据库（如 NCBI GenBank、EMBL-EBI ENA）存储了大量生物序列数据。序列检索工具（如 BLAST、FASTA）可用于从数据库中检索目标序列。检索参数包括序列相似性、物种、长度等。

### 2.1.2 序列质量评估

获取序列后，需要评估序列质量。序列质量评估工具（如 FastQC）可检查序列中是否存在错误、缺失或其他问题。质量评估有助于确定序列的可靠性，并指导后续分析步骤。

# 2 序列分析与处理

序列分析与处理是生物信息学工具箱中一项关键任务，涉及从各种来源获取、预处理、比对和注释生物序列。

### 2.1 序列获取与预处理

#### 2.1.1 序列数据库检索

生物序列存储在公共数据库中，如 GenBank、EMBL 和 DDBJ。这些数据库提供了访问来自不同物种和组织的大量序列。

要检索序列，可以使用以下步骤：

1. 访问数据库网站，如 NCBI GenBank（https://www.ncbi.nlm.nih.gov/genbank/）。
2. 使用关键词、物种名称或序列 ID 进行搜索。
3. 筛选结果以找到感兴趣的序列。

#### 2.1.2 序列质量评估

从数据库检索的序列可能包含错误或低质量区域。因此，在进行进一步分析之前，评估序列质量至关重要。

序列质量评估可以手动或使用软件工具进行。常用的工具包括：

* **FastQC：**一个开源工具，提供序列质量的全面报告。
* **Trimmomatic：**一个用于修剪低质量碱基和适配器的工具。

### 2.2 序列比对与注释

序列比对是将两个或多个序列进行比较以识别相似性和差异的过程。序列注释是将序列与已知信息（如基因、蛋白质或功能域）相关联的过程。

#### 2.2.1 局部比对算法

局部比对算法用于查找两个序列中相似的局部区域。常用的算法包括：

* **Smith-Waterman 算法：**一个用于查找最优局部比对的算法。
* **BLAST：**一个用于快速搜索数据库中与查询序列相似的序列的算法。

# 使用 BLAST 进行局部比对

from Bio.Blast import NCBIWWW

# 定义查询序列
query_sequence = "ATCGATCGATCGATCG"

# 定义 BLAST 数据库
database = "nr"

# 执行 BLAST 搜索
result_handle = NCBIWWW.blastn(query=query_sequence, database=database)

# 解析 BLAST 结果
blast_record = NCBIWWW.read(result_handle)

# 打印局部比对结果
for alignment in blast_record.alignments:
    print(f"Match: {alignment.title}")
    print(f"E-value: {alignment.evalue}")
    print(f"Query sequence: {alignment.query}")
    print(f"Target sequence: {alignment.target}")

#### 2.2.2 全局比对算法

全局比对算法用于查找两个序列中相似的全局区域。常用的算法包括：

* **Needleman-Wunsch 算法：**一个用于查找最优全局比对的算法。
* **ClustalW：**一个用于多序列比对的算法。

# 使用 ClustalW 进行全局比对

from Bio import AlignIO, SeqIO

# 定义序列文件
fasta_file = "sequences.fasta"

# 解析 FASTA 文件
sequences = list(SeqIO.parse(fasta_file, "fasta"))

# 执行 ClustalW 比对
alignment = AlignIO.read(ClustalW.run(sequences))

# 打印全局比对结果
print(alignment)

#### 2.2.3 序列注释

序列注释涉及将序列与已知信息关联起来。常用的方法包括：

* **BLAST：**可以用于将序列与数据库中的已知序列进行比较。
* **InterProScan：**一个用于识别序列中蛋白质域和功能的工具。

# 使用 InterProScan 进行序列注释

from Bio import ExPASy

# 定义序列
sequence = "ATCGATCGATCGATCG"

# 执行 InterProScan 搜索
result_handle = ExPASy.scan(sequence, "interpro"