分子生物实验人员软件解决方案

在互联网上，有很多软件可以解决对单个基因进行研究的分子生物实验人员从立项到最后写论文的实际问题。本文提供了对相同作用的很多软件进行比较后推荐给一线实验人员使用的Windows应用软件。本文不介绍对多基因甚至基因组序列进行分析的辅助软件。
一、资料收集整理阶段。本阶段需要查找某个项目专题的文章,并写出对该专题的综述,以便对自己所要做的课题的现状有一个基本的了解。推荐软件：Reference Manager 9.0 优点：可以在线通过查找关键词搜索PubMed和609个Z39.50数据库中的专业资料,保存查找的资料为本地文件。资料内容和记录分上下两个屏幕，如有全文或想连接网络时点击一个键就可以到相应的全文文章和摘要。可以直接在WORD中查找资料，插入引用，并在文章中对引用格式化，引用的参考资料格式有很强的用户自定义功能，可以符合各种杂志对引用格式的要求，引用时不用多窗口切换。导入Endnote的数据库，可以作为本地资料管理软件。缺点：没有非常明显的缺点。同类参考软件：Endnote 3.1.2
二、序列分析、实验设计模拟阶段。序列分析包括基本序列分析（限制酶分析、结构域(motif)查找、引物设计）、序列比对（Alignment）、contig拼装、二级结构预测等方面。其中大部分分析在本阶段进行，小部分在实验过程或最后结果分析中进行。本阶段分析的项目包括限制酶分析、引物设计、序列比对、质粒作图、结构域(motif)查找、RNA二级结构预测、蛋白二级结构分析、克隆策略图谱、三维结构显示等方面的内容。 1、合性软件。这类软件要求对本阶段上述的大部分功能均具备，而且这类软件在一些专项分析上仍有绝对优势。推荐软件：Vector NTI Suite 6.0 优点：不喜欢装备各种专业性强的软件，而希望用一个综合性的软件代替的同志可以选择本软件。本阶段的大部分功能它都有。该软件具体特有良好的数据库管理（增加、修改、查找），对要操作的数据放在一个界面相同的数据库中统一管理。软件中的大部分分析可以通过在数据库中进行选定（数据）->分析->结果（显示、保存和入库）三步完成。在分析主界面，软件可以对核酸蛋白分子进行限制酶分析、结构域查找等多种分析和操作，生成重组分子策略和实验方法，进行限制酶片段的虚拟电泳，新建输入各种格式的分子数据、加以注释，输出高质量的图像。Vector NTI Suite还有以下独立的分析程序，完成相关分析。这些独立的程序，可以通过选定->分析->结果三步调用。 l 3DMol－显示PDB格式分子的三维结构 l Align X－序列相似性比较 l Align Xblocks－序列局部完全相同比较 l BioPlot－几十种核酸蛋白序列分析、理化性质分析 l ContigExpress－将小片段拼装成长序列 l GCGConverter－GCG格式文件转换成NTI的格式 l PubMed/Entrez Search－搜索PubMed、PDB、GenBank l Back Translation－核酸->蛋白->核酸反向翻译的工具 l Matrix Editor－矩阵数据编辑 l Tools Manager－连接其他程序和网络连接的界面。分成Align、Analyze、Assemble、Tools四部分。同类参考软件：DNASTAR 4.03 Omiga 2.0 DNASIS 2.5 DNATools 5.1 2、制酶分析。可能是最简单的功能了，用普通的文本搜索也能找出相应的序列位点。正因如此，我们希望软件在结果输出上有更完美的表现。另外几乎所有的软件都没有考虑在酶切位点前应该有保护碱基，所以该分析通过，并不能在实验中总能通过。推荐软件：DNAssist 1.0 优点：作为序列基本分析项目，能进行限制酶分析的软件很多，但很少有软件成为合格的限制酶分析软件。原因是大多软件只对线性序列进行分析，对cNNNNN…NNNgaatt环状的序列就找不出EcoR I的位点。这个软件能非常简单地达到这个目的把这个EcoR I位点找出来的软件。DNAssist在输出上非常完美，除了图形、线性显示外，还有列表方式，列出有的位点（按酶排列，按碱基顺序排列）、没有的位点。缺点：显示结果是黑白的，不是非常亮丽。同类参考软件：Primer Premier 5.0 Vector NTI Suite 6.0 其他多种软件 3、引物设计。引物设计一般包括用于检测和用于进一步分子操作的引物。其中用于分子操作的在原来序列上设计，加上接头和保护碱基。但几乎所有软件都没有考虑接头和保护碱基的设计。因此能否对假定的引物进行各种属性的分析，参考各种结果，最后找到合适的引物序列便成为选择软件的最关键。推荐软件：Primer Premier 5.0 优点：顾名思义，该软件就是用来进行引物设计的。可以简单地通过手动拖动鼠标以扩增出相应片段所需的引物，而在手动的任何时候，下面显示各种参数的改变和可能的二聚体、异二聚体、发夹结构等。也可以给定条件，让软件自动搜索引物，并将引物分析结果显示出来。而且进行这些操作非常简单。缺点：没有明显缺点同类参考软件：Vector NTI Suite 6.0 DNAClub、Oligo 5.0 4、序列比对。序列比对包括部分完全相同序列查找和序列相似性排列两类。与限制酶分析相似，由于这类软件的算法没有多大变化，内核大都是相同的，所以其结果输出和易用性也成了更重要的标准。推荐软件: GeneDoc 3.2，MagAlign 4.03（Lasergene Suite）优点：GeneDoc用亮丽的色彩来区分相互间序列的同源性，输出的格式一目了然，而且可以报告为进化树的格式。选择项多，可以达到所需的要求。但该软件操作较为麻烦。MagAlign可以简单操作进行序列比对。同类参考软件：Vector NTI Suite 6.0等 5、质粒作图。这也是最常用的序列显示功能。我们要求软件能对已知序列自动作图，对未知序列但关键部位位置清楚的质粒也能作图。主要是标示各种酶切位点、基因序列、特定结构域序列。推荐软件：Gene Construction Kit 2.0 优点：符合上述对质粒作图的所有要求，而且做出来的图可以用到下面要讲到的克隆策略图谱中去。缺点：该软件使用实在太不方便。参考软件：Winplas 2.6 pDRAW32 1.0.33 等 6、结构域（motif）查找。与限制酶的分析相似，这也是一个文本查找的内容，关键在于以何种方式显示查询结果。推荐软件：Primer Premier 5.0 优点：该软件的结构域查找和限制酶查找一样，结果以图形、表格、序列三种方式提供，而且提供了不存在的的结构域的列表。软件本身提供了大量的结构域序列。缺点：对于环状的序列好象也无法解决末端结构域的查找问题（与限制酶分析类似）。参考软件：没有很出色的竞争软件 7、序列查找下载工具。推荐软件：Vector NTI Suite 6.0: PubMed-Entrez Searching 优点：该软件是一个客户端程序，需在联网时使用，可以查询NCBI网站核酸、蛋白、基因、三维结构数据。对实验人员来说，可以象使用一个普通软件一样简单上手，结果可以保存在VNTI本地数据库中，与其他软件协同处理。缺点：没有明显的缺点。参考软件：Network Entrez 8、 RNA二级结构预测及分析。似乎人们在二级结构预测方面没有什么明确的模型。因此，对这类软件只能以参考参考的心态来使用了，不能报任何希望。推荐软件：RNAdraw 1.1b2 优点：软件短小精悍，能将我们想知道的各种参数计算出来。缺点：大多数功能通过右键弹出菜单进行，对普通人员不太惯。参考软件：RNAStructure 3.5 9、蛋白二级结构分析。不要指望软件能给你带来一个有三维结构的蛋白，所谓的分析只能给你一个蛋白某些片段有形成什么结构的趋向。结果判定还是要靠人本身。推荐软件：Vector NTI Suite 6.0 ：Bioplot 优点：软件能够提供蛋白序列的一些二级结构信息，以便于我们对未知结构蛋白的结构做个假想。简单易用，可以和Vector NTI Suite程序协同。参考软件：Antheprot 4.5 10、克隆策略图谱。几乎所有人都用手工或用绘图软件来画出整个克隆过程，各种位点只能大概估计，与核酸的序列之间的关系当然无从谈起。现在终于有可以解决问题的软件登陆了。推荐软件：Gene Construction Kit 2.0 优点：可以将载体与目的基因各自进行适当的限制酶切好后，连接成新的载体-基因。可以将整个克隆过程用图示方式表示出来。可以根据适当的marker将电泳图画出来，而且可以和扫描的实际结果对照。整个过程相当于模拟一个克隆过程，还没开始做实验，就大致知道实验的结果了。提供了一个相当详细的教学文件。更何况如前所述，它还是一个优秀的质粒作图软件。缺点：要使用它，实在需要重新学习。虽然使用较难，看在有详细教学文件和功能急需及强大的份上，也是非常值得的。参考软件：没有 11、三维结构显示。用各种方法计算出来的各种三维结构的数据只有在相关软件帮助的情况下，才能显示出其本来面目，使得我们对这些分子的结构有一个直观的体会。推荐软件：RasMol 2.7.1 优点：程序短小，功能强大。其显示窗口可以很简单通过选择相应的菜单来显示分子的三维结构。用命令行窗口，通过输入命令可以执行和显示复杂和要求极高的三维图形。缺点：在拥有强大功能的命令行窗口使用命令时，需记住大量的命令，还要对分子的一级结构有了解。不用命令窗口时无法显示金属原子、二硫键等最关键的部位。参考软件：ICMlite 1.0 Cn3D 说明：三维结构显示有一个软件是浏览器插件，就是Chime 2.0 ，它与其他三维结构显示的作用有些不同，需与浏览器一起起作用。 12、翻译/ORF Finding 推荐软件：Gene Construction Kit 2.0 优点：可以自动查找ORF并翻译出蛋白序列，可以选择不同的密码子。可以用实线框将DNA序列、蛋白序列、酶切位点等框起来用于文章写作。缺点：操作困难。与竞争对手Primer Premier 5.0相比，只有查找ORF和可以使用实线框的优点。而后者操作简单，而且内置很多不同种类的密码子。参考软件：Primer Premier 5.0， Vector NTI Suite 6.0 13、格式转换。各种软件为了自己软件的需要有不同的格式，对我们使用数据带来了困难。格式转换软件可以将不同格式数据转换以方便使用。推荐软件：Seqverter 1.3 优点：使用简单，填写输入文件和输出文件名就可以完成格式转换。而且能够转换的格式非常之多。可在线升级以读写更多格式文件。参考软件：Visual Sequence Editor 1.1
三、实验操作和数据分析阶段。本阶段由于各实验室的设备和方法的不同差异太大，如若用到软件，请参考机器配备之软件。但也有一些共同的要求和使用的软件。
1、单向电泳条带定量分析。推荐软件：BandScan 4.50 优点：通用的电泳胶条带定量分析软件，手动、自动找到条带，手动的条带可以是无规则的，可以清除背景。进行分子量、百分比、质量、波峰等方面的定量分析。直接使用扫描仪。将数据输出到excel文件。参考软件：band leader 3.0
2、据统计分析作图。可能在某些情况下需要用到这类软件。由于专业的统计软件也很多，比较出色。我们只推荐一个比较适合生物的软件SigmaPlot 2000。
3、序列拼装。这是多基因方面用得比较多的程序，在单基因的研究中有时也会用到。推荐软件：SeqMan 4.03 （Lasergene Suite）优点：该软件可以对多达64000的片段进行拼装。整个拼装过程即时显示，并提示可能的完成时间。拼装结果采用序列、策略等方式显示。参考软件：Vector NTI Suite 6.0
四、文章写作和结果发表。本阶段主要是对所获得的结果整理，并发表在合适的地方。
1、文献引用。推荐软件：Reference Manager 9.0 优点：可以自动将文章中的各种文献引用按不同期刊的要求排列，在期刊间转换只需几秒钟。写文章时会在word中将查找到相应的文献列出，方便写作。参考软件：EndNote 3.1.2
2、生成出版质量的图片。发表时，对用到的分子结构的图片质量要求较高，直接从RasMol等软件中截取的图片质量不够精美。推荐软件：Pov-Ray for Windows 3.1 优点：软件相当于一种语言，修改pov格式文件，可以定义光源、摄像机、材质、阴影等因素，把生物分子的表面用材质填充，根据光源、摄像机得到分子三维图的一个角度的图。分辨率最大可达1280*1024。图象质量精美。缺点：难以使用。而且用的是自己的格式。好在有一个叫povchem的辅助软件可以将最常见的pdb格式文件转为pov格式。参考软件：molmol 2.5.1 mole 1.1.8 3、序列递交。结果中有新的序列需要递交到各大数据库中必须符合各数据库的要求。除了下面推荐的软件外，也可以通过写好一种格式后，用格式转换软件转换为其他种类格式，以向不同的数据库递交序列。推荐软件：Sequin 3.32 优点：向GenBank、EMBL、DDBJ三大核酸序列库递交序列。可以不用仔细考虑各数据库文件的具体格式，以问答填表格的形式，将需递交的序列和相关资料填好。可以在线直接发送，也可以生成相应格式文件，以email形式发送。缺点：一步一步填表的方式对新手固然好，但没有高级使用的方式，可能用的多的人会觉得太死板。参考软件：无
五、我究竟要装哪些软件？很显然，对于各个不同的人，安装使用全部软件是不太现实的。 1、对于普通实验人员，建议的软件组合是：Refenence Manager 9.0 + Vector NTI Suite 6.0。这已经是最低要求了。如果以前使用过EndNote 和/或Lasergene Suite、Omiga，已经顺手不想改变的话，当然也可以用他们来代替相应的软件。 2、如果你的实验分析和设计需要上述各种专项功能的话，再加上相应功能的推荐软件。 3、作者建议一般人员安装的软件除Reference Manager 9.0和Vector NTI Suite 6.0外，最好也装下列软件：Gene Construction Kit 2.0; RasMol 2.7.1; Primer Premier 5.0; DNAssist 1.0。这些软件能够基本满足对DNA进行操作的实验人员的需求。
六、如何获得这些软件？这些软件有免费软件、共享软件和商业软件，根据不同情况有不同的付费。从本文所提供的各个软件出品公司网站可以获得这些软件，而且每个网站有自己软件的详细使用和定价介绍。
七、使用中遇到问题怎么办？要是在软件使用中有问题，如果该软件提供售后服务的话，当然找软件出品公司。没有公司的售后服务可以找自己单位的应用高手和内部BBS，实在没有办法可以到网站的BBS及社区提问。
(责任编辑：泉水)

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