本發(fā)明涉及一種生物學(xué)信息學(xué)、智能優(yōu)化、計(jì)算機(jī)應(yīng)用領(lǐng)域，尤其涉及的是一種多域蛋白模板無(wú)縫比對(duì)方法。

背景技術(shù)：

一個(gè)蛋白可能包含一個(gè)結(jié)構(gòu)域和多個(gè)結(jié)構(gòu)域，僅包含一個(gè)結(jié)構(gòu)域的蛋白成為單域蛋白，包含兩個(gè)以上結(jié)構(gòu)域的蛋白稱為多域蛋白。多域蛋白的三維結(jié)構(gòu)預(yù)測(cè)是了解全長(zhǎng)蛋白功能的重要步驟，由于多域蛋白一般比單域蛋白規(guī)模更大，從而增加了多域蛋白結(jié)構(gòu)預(yù)測(cè)的難度。目前，最常用的多域蛋白結(jié)構(gòu)預(yù)測(cè)方法都是同多域蛋白中的單域結(jié)構(gòu)出發(fā)，通過對(duì)域和域之間的連接區(qū)域進(jìn)行采樣或者域和域結(jié)構(gòu)的剛性對(duì)接來預(yù)測(cè)多域蛋白的三維結(jié)構(gòu)。

從目前的研究結(jié)果可以看出，在基于模板的多域蛋白結(jié)構(gòu)預(yù)測(cè)方法中，由于模板可以提供域和域之間的方向信息，因此預(yù)測(cè)精度較高?；谀０宓念A(yù)測(cè)方法通常包括模板搜索、模板比對(duì)以及組裝構(gòu)象的采樣等步驟，其中，模板比對(duì)的質(zhì)量直接決定著最后的預(yù)測(cè)精度。如果模板比對(duì)不精確，即使找到很優(yōu)秀的模板，也無(wú)法預(yù)測(cè)得到精度較高的結(jié)構(gòu)。由于多域蛋白由多個(gè)單域蛋白組成，而且各單域蛋白之間的連接對(duì)應(yīng)到模板上連接的長(zhǎng)度無(wú)法提前知道，因此無(wú)法采用單域蛋白的比對(duì)方法進(jìn)行比對(duì)。

目前，常用的多域蛋白比對(duì)方法以穿線比對(duì)方法為主，然而穿線比對(duì)是從蛋白的整條序列出發(fā)，在比對(duì)過程中無(wú)法通過調(diào)整域和域之間連接長(zhǎng)度使得比對(duì)達(dá)到最佳，從而使得與查詢蛋白結(jié)構(gòu)相似但連接長(zhǎng)度不同的模板無(wú)法比對(duì)到最佳位置，從而影響比對(duì)精度。

因此，現(xiàn)有的多域蛋白模板比對(duì)方法在比對(duì)精度上存在缺陷，需要改進(jìn)。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

為了克服現(xiàn)有的多域蛋白比對(duì)方法在比對(duì)精度方面的不足，本發(fā)明提供一種比對(duì)精度較高、效率較高的多域蛋白模板無(wú)縫比對(duì)方法。

本發(fā)明解決其技術(shù)問題所采用的技術(shù)方案是：

一種多域蛋白模板無(wú)縫比對(duì)方法，所述方法包括以下步驟：

1)參數(shù)初始化：設(shè)置相鄰域之間的最大允許間隙mgap，模板左邊的最大允許空白lgap，模板右邊的最大允許空白rgap；

2)輸入查詢蛋白的各單域三維結(jié)構(gòu)以及需要比對(duì)的模板；

3)在模板左邊加上長(zhǎng)度為lgap的空白序列，并在模板右邊加上長(zhǎng)度為rgap的空白序列；

4)從模板的第一個(gè)空白位置開始，根據(jù)蛋白質(zhì)模板比對(duì)工具tm-align搜索第一個(gè)單域的最佳比對(duì)位置，并記錄最后一個(gè)序列的比對(duì)位置；

5)從第一個(gè)單域蛋白的最后一個(gè)比對(duì)位置后的第一個(gè)位置開始，根據(jù)tm-align搜索第二個(gè)單域的最佳比對(duì)位置，并記錄最后一個(gè)序列的比對(duì)位置；

6)若第二個(gè)單域蛋白和第一個(gè)單域蛋白的比對(duì)部分之間的間隙大于mgap，則繼續(xù)步驟7)；

7)無(wú)縫滑動(dòng)比對(duì)，過程如下：

7.1)從第一個(gè)單域蛋白的最后一個(gè)比對(duì)位置后的第一個(gè)位置開始，將第二個(gè)單域蛋白比對(duì)到模板上，采用tm-align計(jì)算第二個(gè)單域蛋白和模板之間的比對(duì)得分；

7.2)將第二個(gè)單域蛋白向右滑動(dòng)一個(gè)序列位置，并重新采用tm-align計(jì)算第二個(gè)單域蛋白和模板之間的比對(duì)得分；

7.3)繼續(xù)滑動(dòng)，直到第一個(gè)域和第二個(gè)域蛋白之間的間隙達(dá)到mgap為止，每次滑動(dòng)一個(gè)位置，并重新采用tm-align計(jì)算第二個(gè)單域蛋白和模板之間的比對(duì)得分；

7.4)取滑動(dòng)過程中第二個(gè)單域蛋白和模板之間的得分最高的比對(duì)為第二個(gè)蛋白的最佳比對(duì)；

8)按照步驟4)-7)搜索其它單域蛋白的最佳比對(duì)位置，每次搜索一個(gè)單域蛋白，直到所有單域蛋白的最佳比對(duì)位置都搜索到為止；

9)以步驟8)中各單域蛋白的比對(duì)為當(dāng)前查詢蛋白和模板蛋白之間的最佳比對(duì)。

本發(fā)明的技術(shù)構(gòu)思為：從各單域蛋白的三維結(jié)構(gòu)出發(fā)，首先，對(duì)模板的兩端加上允許長(zhǎng)度的空白序列；然后，采用蛋白質(zhì)模板比對(duì)工具tm-align搜索第一個(gè)單域蛋白在模板上的最佳比對(duì)位置，并從最后一個(gè)比對(duì)位置后的模板中搜索第二個(gè)單域蛋白的最佳比對(duì)位置，如果兩者比對(duì)部分之間的間隙大于最大允許值，則采用無(wú)縫滑動(dòng)窗口的方法搜索第二個(gè)單域蛋白的最佳比對(duì)位置，當(dāng)?shù)诙€(gè)單域蛋白的最佳比對(duì)位置確定后，繼續(xù)采用同樣的方法搜索第三個(gè)單域蛋白的最佳比對(duì)位置，以此類推，直到所有單域蛋白的最佳比對(duì)位置被確定為止；最后，以各單域蛋白的最佳比對(duì)位置為當(dāng)前查詢蛋白與目標(biāo)之間的最佳比對(duì)。

本發(fā)明的有益效果表現(xiàn)在：采用蛋白質(zhì)模板比對(duì)工具tm-align和無(wú)縫滑動(dòng)窗口結(jié)合的方法搜索各單域蛋白的最佳比對(duì)位置，以獲得整個(gè)多域蛋白的最佳比對(duì)位置，可以提高比對(duì)精度和效率。

附圖說明

圖1是多域蛋白模板無(wú)縫比對(duì)方法的無(wú)縫滑動(dòng)窗口搜索示意圖。

圖2是實(shí)施例的多域蛋白質(zhì)與模板蛋白3rgfb之間的比對(duì)結(jié)果示意圖。

具體實(shí)施方式

下面結(jié)合附圖對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步描述。

參照?qǐng)D1，一種多域蛋白模板無(wú)縫比對(duì)方法，包括以下步驟：

1)參數(shù)初始化：設(shè)置相鄰域之間的最大允許間隙mgap，模板左邊的最大允許空白lgap，模板右邊的最大允許空白rgap；

2)輸入查詢蛋白的各單域三維結(jié)構(gòu)以及需要比對(duì)的模板；

3)在模板左邊加上長(zhǎng)度為lgap的空白序列，并在模板右邊加上長(zhǎng)度為rgap的空白序列；

4)從模板的第一個(gè)空白位置開始，根據(jù)蛋白質(zhì)模板比對(duì)工具tm-align搜索第一個(gè)單域的最佳比對(duì)位置，并記錄最后一個(gè)序列的比對(duì)位置；

5)從第一個(gè)單域蛋白的最后一個(gè)比對(duì)位置后的第一個(gè)位置開始，根據(jù)tm-align搜索第二個(gè)單域的最佳比對(duì)位置，并記錄最后一個(gè)序列的比對(duì)位置；

6)若第二個(gè)單域蛋白和第一個(gè)單域蛋白的比對(duì)部分之間的間隙大于mgap，則繼續(xù)步驟7)；

7)無(wú)縫滑動(dòng)比對(duì)，過程如下：

7.1)從第一個(gè)單域蛋白的最后一個(gè)比對(duì)位置后的第一個(gè)位置開始，將第二個(gè)單域蛋白比對(duì)到模板上，采用tm-align計(jì)算第二個(gè)單域蛋白和模板之間的比對(duì)得分；

7.2)將第二個(gè)單域蛋白向右滑動(dòng)一個(gè)序列位置，并重新采用tm-align計(jì)算第二個(gè)單域蛋白和模板之間的比對(duì)得分；

7.3)繼續(xù)滑動(dòng)，直到第一個(gè)域和第二個(gè)域蛋白之間的間隙達(dá)到mgap為止，每次滑動(dòng)一個(gè)位置，并重新采用tm-align計(jì)算第二個(gè)單域蛋白和模板之間的比對(duì)得分；

7.4)取滑動(dòng)過程中第二個(gè)單域蛋白和模板之間的得分最高的比對(duì)為第二個(gè)蛋白的最佳比對(duì)；

8)按照步驟4)-7)搜索其它單域蛋白的最佳比對(duì)位置，每次搜索一個(gè)單域蛋白，直到所有單域蛋白的最佳比對(duì)位置都搜索到為止；

9)以步驟8)中各單域蛋白的比對(duì)為當(dāng)前查詢蛋白和模板蛋白之間的最佳比對(duì)。

本實(shí)施例序列長(zhǎng)度為254的多域蛋白質(zhì)2i53a為實(shí)施例，一種多域蛋白模板無(wú)縫比對(duì)方法，包括以下步驟：

1)參數(shù)初始化：設(shè)置相鄰域之間的最大允許間隙mgap＝5，模板左邊的最大允許空白lgap＝20，模板右邊的最大允許空白rgap＝20；

2)輸入查詢蛋白的各單域三維結(jié)構(gòu)以及需要比對(duì)的模板；

3)在模板左邊加上長(zhǎng)度為lgap的空白序列，并在模板右邊加上長(zhǎng)度為rgap的空白序列；

4)從模板的第一個(gè)空白位置開始，根據(jù)蛋白質(zhì)模板比對(duì)工具tm-align搜索第一個(gè)單域的最佳比對(duì)位置，并記錄最后一個(gè)序列的比對(duì)位置；

5)從第一個(gè)單域蛋白的最后一個(gè)比對(duì)位置后的第一個(gè)位置開始，根據(jù)tm-align搜索第二個(gè)單域的最佳比對(duì)位置，并記錄最后一個(gè)序列的比對(duì)位置；

6)若第二個(gè)單域蛋白和第一個(gè)單域蛋白的比對(duì)部分之間的間隙大于mgap，則繼續(xù)步驟7)；

7)無(wú)縫滑動(dòng)比對(duì)，過程如下：

7.1)從第一個(gè)單域蛋白的最后一個(gè)比對(duì)位置后的第一個(gè)位置開始，將第二個(gè)單域蛋白比對(duì)到模板上，采用tm-align計(jì)算第二個(gè)單域蛋白和模板之間的比對(duì)得分；

7.2)將第二個(gè)單域蛋白向右滑動(dòng)一個(gè)序列位置，并重新采用tm-align計(jì)算第二個(gè)單域蛋白和模板之間的比對(duì)得分；

7.3)繼續(xù)滑動(dòng)，直到第一個(gè)域和第二個(gè)域蛋白之間的間隙達(dá)到mgap為止，每次滑動(dòng)一個(gè)位置，并重新采用tm-align計(jì)算第二個(gè)單域蛋白和模板之間的比對(duì)得分；

7.4)取滑動(dòng)過程中第二個(gè)單域蛋白和模板之間的得分最高的比對(duì)為第二個(gè)蛋白的最佳比對(duì)；

8)按照步驟4)-7)搜索其它單域蛋白的最佳比對(duì)位置，每次搜索一個(gè)單域蛋白，直到所有單域蛋白的最佳比對(duì)位置都搜索到為止；

9)以步驟8)中各單域蛋白的比對(duì)為當(dāng)前查詢蛋白和模板蛋白之間的最佳比對(duì)。

以序列長(zhǎng)度為254的包含兩個(gè)域的多域蛋白質(zhì)2i53a為實(shí)施例，運(yùn)用以上方法組裝得到了該多域蛋白質(zhì)與模板蛋白3rgfb之間的比對(duì)結(jié)果，如圖2所示，兩者之間的總模板比對(duì)得分為0.80。

以上說明是本發(fā)明以2i53a蛋白質(zhì)為實(shí)例所得出的模板比對(duì)效果，并非限定本發(fā)明的實(shí)施范圍，在不偏離本發(fā)明基本內(nèi)容所涉及范圍的的前提下對(duì)其做各種變形和改進(jìn)，不應(yīng)排除在本發(fā)明的保護(hù)范圍之外。