BLAST应用指南：序列比对与同源性分析

"BLAST使用说明书 - 全面的序列比对软件，为你的序列比对提供强大支持" BLAST，全称为Basic Local Alignment Search Tool，是一款广泛应用于生物学领域的序列比对工具，它能高效地搜索数据库，帮助研究人员在海量序列中找到与目标序列相似或同源的片段。其主要目标包括识别未知序列、发现多基因家族的其他成员、查找相关蛋白质、确定蛋白质或核酸之间的保守区域，以及在组装测序反应时找寻重叠区域。 在理解BLAST的应用之前，我们需要先区分“相似性”和“同源性”这两个基本概念： 1. **相似性（Similarity）**：这是基于定量分析的概念，例如两个序列中相同或相似的部分所占的百分比。通过计算这些度量，我们可以评估序列间的相似程度。 2. **同源性（Homology）**：则涉及到进化关系的定性判断。如果两个基因或蛋白质有共同的祖先，即使它们在序列上可能不完全相同，我们仍认为它们是同源的。同源性是生物进化研究中的关键概念。 接下来，我们将讨论与同源性相关的几个术语： - **相同（Identical）**：当两个物种或群体在对应位置上的字符完全相同时，我们称这些字符为相同。 - **相似（Similar）**：两个物种或群体在一定程度上共享特性，即它们是相似的。 - **类似（Analogous）**：如果两个特征因趋同进化而相似，即独立的进化过程导致了相似的功能，那么它们被认为是类似的。这与同源性不同，因为类似并不意味着共同的祖先。 - **同源（Homologous）**：如果两个特征由于共同的祖先而相似，我们就说它们是同源的。这涵盖了直系同源和旁系同源。 - **直系同源（Orthologous）**：当两个同源的特征保持了其原始功能，尽管它们在不同的物种中，我们称它们为直系同源。这通常发生在物种分化（分枝）之后。 - **旁系同源（Paralogous）**：在同一个物种内，由于基因复制（gene duplication）事件产生的同源基因，它们虽然具有共同的祖先，但功能可能有所改变或分化，被称为旁系同源。 使用BLAST进行序列比对时，它会根据输入的查询序列，通过高效的算法在大型数据库中寻找最匹配的同源序列。这些结果可以用来推断序列间的进化关系、揭示基因功能、构建系统发育树等。BLAST提供多种变体，如blastn用于DNA对DNA的比对，blastp用于蛋白质对蛋白质的比对，blastx用于DNA对蛋白质的翻译比对等，以满足不同研究需求。 在实际应用中，用户需要根据目标和实验设计选择合适的BLAST版本，并设定参数，如E值（期望值）和阈值，来控制比对的敏感性和特异性。E值表示在随机情况下得到当前比对结果的预期次数，较低的E值意味着比对更有统计学意义。阈值则是决定两个序列被视为匹配的最低相似性分数。 BLAST是生物学研究中不可或缺的工具，它通过高效、精确的序列比对，帮助科学家们揭示生命现象背后的遗传和进化规律。