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KEGG,(Kyoto Encyclopedia of Genes and Genomes,京都基因与基因组百科全书)。是一个整合了基因组、化学和系统功能信息的数据库,旨在揭示生命现象的遗传与化学蓝图。它是由人工……

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KEGG数据库简介

KEGG,(Kyoto Encyclopedia of Genes and Genomes,京都基因与基因组百科全书)。是一个整合了基因组、化学和系统功能信息的数据库,旨在揭示生命现象的遗传与化学蓝图。它是由人工创建的一个知识库,是基于使用一种可计算的形式捕捉和组织实验得到的知识而形成的系统功能知识库。另外,KEGG具有强大的图形功能,它利用图形来介绍众多的代谢途径以及各途径之间的关系。

基因组信息存储在GENES数据库里,包括完整和部分测序的基因组序列;功能信息存储在PATHWAY数据库里,包括图解的细胞生化过程,如代谢、膜转运、信号传递、细胞周期,以及同系保守的子通路信息;LIGAND数据库包括关于化学物质、酶分子、酶反应等信息。

通过与世界上其他一些大型生物信息学数据库的连接,KEGG可以为研究者提供更为丰富的生物学信息(LinkDB)。KEGG提供了Java的图形工具来访问基因组图谱,比较基因组图谱和操作表达图谱,以及其他序列比较、图形比较和通路计算的工具。

KEGG建立了KEGG直系同源系统(the KEGG Orthology(KO) System),通过把分子网络的相关信息连接到基因组中,从而发展和促进了跨物种注释流程。

KEGG是一个综合数据库,它们大致分为系统信息、基因组信息和化学信息三大类。进一步可细分为16个主要的数据库。可以通过不同的颜色编码来区分。

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KEGG三类数据库之间的关系:

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KEGG对象标识符。数据库中包含各样的数据对象,这些数据对象是为了用来对生物系统进行计算机模拟的。因此,各个数据库中的数据记录都被称为KEGG对象。这些对象可以通过KEGG对象标识符来识别,标识符由一个与数据库相关的前缀加五个数字构成。

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KEGG常用的子数据库:

KEGG PATHWAY Database(代谢通路数据库)

KEGG BRITE Database(分层分类数据库)

KEGG GENES Database(基因数据库)

KEGG GENOME Database(基因组数据库)

KEGG LIGAND Database(配体数据库)

KEGG EXPRESSION Database(基因芯片数据库)

KEGG PATHWAY数据库是一个手工画的代谢通路的集合,包含以下几方面的分子间相互作用和反应网络:新陈代谢、遗传信息加工、环境信息加工、细胞过程、生物体系统、人类疾病、药物开发。

PATHWAY的五种类型:仅仅第一种参考通路(referencepathway)图是手动画出来的,其他的通路图都是通过计算产生的。pathway中的每一个框(或线)都对应一个或多个K编号、EC编号及R编号。

  • map -Reference pathway:对于代谢相关的通路,在referencepathway中,一个点同时表示一个基因、这个基因编码的酶及这个酶参加的反应

  • ko -Reference pathway (KO):ko通路中的点只表示基因
  • ec -Reference pathway (EC):ec通路中的点只表示相关的酶
  • rn -Reference pathway (Reaction):Reaction通路中的点只表示改点参与的某个反应、反应物对及反应类型
  • org- Organism-specific pathway map

对于所有的代谢和非代谢通路,K编号都被认为是基因的标识符,这个标识符在每一个物种中对应该物种中的某个基因,从而得到物种特异性的pathway。

KEGG BRITE是一个层级分类的数据库,包含生物系统各个方面的知识。相对于KEGGPATHWAY仅限于分子间相互作用和反应,KEGGBRITE包含了许多不同的关系类型。例如,可以查询酶和底物之间的关系,也可以查询某种酶的同源基因。

KEGG MODULE是一个人工定义的功能单元的集合。被用于已测序基因组的注释和生物学上的解释。各个模块使用M开头的编号及与其对应的一系列K开头的编号来表示。四种主要的KEGG模块:

1.通路模块:代表在KEGG代谢通路图中的复杂功能单元,例如M00002(糖酵解,与三碳化合物相关的核心模块)

2.结构复合物:通常形成分子机械,例如M00072(寡糖转移酶)

3.功能集:基本单元的其他形式,例如M00360(氨酰基-tRNA合酶,原核生物)

4.特征模块:作为某种表型的标记,例如M00363(肠出血性大肠杆菌致病性特征,志贺毒素)

KEGG ORTHOLOGY (KO) Database:KEGG参考通路图,BRITE功能层次以及KEGG模块都是以一种广泛的方式来表示,都可以用于所有物种。而KEGG直系同源系统(KOSystem)是这一表示方式的基础。包含手动定义的直系同源组,这些直系同源组就相当于KEGG通路中的点,BRITE层级中的点以及KEGG模块中的点。(这些点并不是某个具体物种的某一个基因,而是在许多物种中都存在的直系同源的某一个基因)。一旦基因被分配了KO标识或K编号,通过基因组注释流程,物种特异性的通路图、BRITE功能层次和KEGG模块就可以自动产生了。

直系同源与旁系同源:

直系同源(orthology)是比较基因组学中最重要的定义。直系同源的定义是:

(1).在进化上起源于一个始祖基因并垂直传递的同源基因;

(2).分布于两种或两种以上物种的基因组;

(3).功能高度保守乃至于近乎相同,甚至于其在近缘物种可以相互替换;

(4).结构相似;

(5).组织特异性与亚细胞分布相似。

旁系同源(paralogy)基因是指同一基因组(或同系物种的基因组)中,由于始祖基因的加倍而横向产生的几个同源基因。直系与旁系的共性是同源,都源于各自的始祖基因。其区别在于:在进化起源上,直系同源是强调在不同基因组中的垂直传递,旁系同源则是在同一基因组中的横向加倍;在功能上,直系同源要求功能高度相似,而旁系同源在定义上对功能上没有严格要求,可能相似,但也可能并不相似(尽管结构上具一定程度的相似),甚至于没有功能(如基因家族中的假基因)。

 

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