SEQ 3. pfam数据库的注释及当地分析 (pfam_scan)

  

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  简    介


  Pfam数据库是一个卵白质家族的大集合，每个家族都由多个序列比对和隐马尔可夫模型(hmm)表示。卵白质通常由一个或多个功能区构成，通常称为结构域。不同的结构域组合产生了天然界中发现的各种各样的卵白质。因此，判定发生在卵白质内部的结构域可以深入了解其的功能。Pfam还生成相关条目标高级分组，称为宗族。宗族是由序列、结构或剖面的相似性联系在一起的Pfam条目标集合。每个条目标数据都是基于UniProt参考卵白质组，但单个UniProtKB序列的信息仍然可以通过输入卵白质加入来找到。Pfam全比对可以通过搜索各种数据库得到，要么提供不同的接入(例如所有UniProt和NCBI GI)，要么提供不同级别的冗余。
  

  UniProtKB 的增长，以及 Pfam 在过去五个 Pfam 版本中的覆盖范围。随着UniProtKB 巨细的增长，Pfam 序列和残基的覆盖率分别保持在~ 77%和~ 53%。图中的 UniProtKB 巨细对应于在每个 Pfam  版本中利用的 UniProtKB 版本。
  

  在线分析

  最新版本 Pfam 33.1 中增加了350多个新家族，并对现有条目进行了许多改进。为了便于对COVID-19的研究，修订了涵盖SARS-CoV-2卵白质组的Pfam条目，并为Pfam未涵盖的地域创建了新的条目。重新引入了Pfam-B，提供了Pfam的主动生成补充，包含136730个尚未与Pfam家族匹配的新序列簇。新的Pfam-B是基于MMseqs2软件的聚类。已经将RepeatsDB中的所有地域与Pfam中的地域进行了比较，并开始利用这些效果来构建和美满Pfam重复序列家族(pfam)。
  

  当地分析

  数据下载

  由于是在服务器上直接操纵下载，如果自己的电脑可以自行配置系统，然后进行数据库下载。
  Pfam-A为高质量，手工确定的卵白结构域数据，Pfam-B为基于Pfam-A数据库主动注释得到的卵白结构域数据库，我们这里只下载了Pfam-A即可。

1. wget ftp://ftp.ebi.ac.uk:21/pub/databases/Pfam/current_release/Pfam-A.hmm.gz
2. wget ftp://ftp.ebi.ac.uk:21/pub/databases/Pfam/current_release/Pfam-A.hmm.dat.gz
3. wget ftp://ftp.ebi.ac.uk:21/pub/databases/Pfam/current_release/active_site.dat.gz
4. gunzip *.gz

复制代码

hmmer-3.2下载安装

1. wget http://eddylab.org/software/hmmer/hmmer-3.2.tar.gz
2. tar -xzvf  hmmer-3.2.1.tar.gz
3. cd hmmer-3.2
4. ./configure
5. make
6. make check
7. make install
9. # 添加至环境变量
10. vim ~/.bashrc
12. export PATH=/usr/local/bin:$PATH
14. # 环境变量立即生效
15. source ~/.bashrc

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新建一个环境安装pfam-scan

  默认是已经安装了Anconda/miniconda3，这个必要提取配置好的哦。然后 conda 创建一个新环境，安装pfam-scan，并激活。

1. conda create -n pfam_scan
2. source activate pfam_scan
3. conda install pfam_scan

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然后利用hmmpress数据库建索引就可以利用了。

1. hmmpress Pfam-A.hmm

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测试一下是否安装成功，如下：

1. pfam_scan.pl -h
3. pfam_scan.pl: search a FASTA file against a library of Pfam HMMs
5. Usage: pfam_scan.pl -fasta <fasta_file> -dir <directory location of Pfam files>
7. Additonal options:
9.   -h                : show this help
10.   -outfile <file>   : output file, otherwise send to STDOUT
11.   -clan_overlap     : show overlapping hits within clan member families (applies to Pfam-A families only)
12.   -align            : show the HMM-sequence alignment for each match
13.   -e_seq <n>        : specify hmmscan evalue sequence cutoff for Pfam-A searches (default Pfam defined)
14.   -e_dom <n>        : specify hmmscan evalue domain cutoff for Pfam-A searches (default Pfam defined)
15.   -b_seq <n>        : specify hmmscan bit score sequence cutoff for Pfam-A searches (default Pfam defined)
16.   -b_dom <n>        : specify hmmscan bit score domain cutoff for Pfam-A searches (default Pfam defined)
17.   -as               : predict active site residues for Pfam-A matches
18.   -json [pretty]    : write results in JSON format. If the optional value "pretty" is given,
19.                       the JSON output will be formatted using the "pretty" option in the JSON
20.                       module
21.   -cpu <n>          : number of parallel CPU workers to use for multithreads (default all)
22.   -translate [mode] : treat sequence as DNA and perform six-frame translation before searching. If the
23.                       optional value "mode" is given it must be either "all", to translate everything
24.                       and produce no individual ORFs, or "orf", to report only ORFs with length greater
25.                       than 20. If "-translate" is used without a "mode" value, the default is to
26.                       report ORFs (default no translation)
28.   For more help, check the perldoc:
30.       shell% perldoc pfam_scan.pl

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文件预备

  这个输入文件只有一个文件就是卵白序列文件，例如：

1. >sp|O95905|ECD_HUMAN Protein ecdysoneless homolog OS=Homo sapiens OX=9606 GN=ECD PE=1 SV=1
2. MEETMKLATMEDTVEYCLFLIPDESRDSDKHKEILQKYIERIITRFAPMLVPYIWQNQPF
3. NLKYKPGKGGVPAHMFGVTKFGDNIEDEWFIVYVIKQITKEFPELVARIEDNDGEFLLIE
4. AADFLPKWLDPENSTNRVFFCHGELCIIPAPRKSGAESWLPTTPPTIPQALNIITAHSEK
5. ILASESIRAAVNRRIRGYPEKIQASLHRAHCFLPAGIVAVLKQRPRLVAAAVQAFYLRDP
6. IDLRACRVFKTFLPETRIMTSVTFTKCLYAQLVQQRFVPDRRSGYRLPPPSDPQYRAHEL
7. GMKLAHGFEILCSKCSPHFSDCKKSLVTASPLWASFLESLKKNDYFKGLIEGSAQYRERL
8. EMAENYFQLSVDWPESSLAMSPGEEILTLLQTIPFDIEDLKKEAANLPPEDDDQWLDLSP
9. DQLDQLLQEAVGKKESESVSKEEKEQNYDLTEVSESMKAFISKVSTHKGAELPREPSEAP
10. ITFDADSFLNYFDKILGPRPNESDSDDLDDEDFECLDSDDDLDFETHEPGEEASLKGTLD
11. NLKSYMAQMDQELAHTCISKSFTTRNQVEPVSQTTDNNSDEEDSGTGESVMAPVDVDLNL
12. VSNILESYSSQAGLAGPASNLLQSMGVQLPDNTDHRPTSKPTKN

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实际操纵

1. pfam_scan.pl  -fasta ./test.fa  -dir hmmer-3.2/ -outfile test_result.xls -as
3. #[42] [94] [42] [110] [66] [398] [363] [272] [294] [392] [294] [134] [291] [212] [64] [549][567] [562][580] [515][533] [539][557] [513][531] [513][531] [546][564] [537][555] [550][568] [184] [184] [329] [152] [376][394] [193][211] [293] [273] [614,680] [90] [76] [90] [76] [76] [90] [73] [123] [25] [39] [213] [30] [204] [51] [225] [81] [255] [39] [213] [39] [213] [71] [245] [71] [245] [18,106,126] [18,106,126] [18,106,126] [86] [18,106,126] [67] [210,343] [210,343] [210,343] [85] [184,191] [483,532,633] [173]

复制代码

效果解读

  

  输出效果说明：
  (1) seq_id：卵白序列编号
  (2) alignment start：卵白序列比对的起始位置
  (3) alignment end：卵白序列比对的终止位置
  (4) envelope start：卵白序列结构域的起始位置
  (5) envelope end：卵白序列结构域的终止位置
  (6) hmm acc：比对到pfam结构域的ID
  (7) hmm name：pfam结构域名称
  (8) type：pfam结构域类型
  (9) hmm start：比对到结构域的起始位置
  (10) hmm end：比对到结构域的终止位置
  (11) hmm length：pfam结构域的长度
  (12) bit score：比对打分分值
  (13) E-value：比对的E值
  (14) Significance：比对序列的显著性
  (15) Clan：卵白结构域超等家族名称
  (16) predicted_active_site_residues：比对的序列是否位于酶的活性部位
  Reference

  

• Pfam: The protein families database in 2021: J. Mistry, et al. Nucleic Acids Research (2021)
  
  

  

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