1、GO(gene ontology)是基因本體聯(lián)合會(Gene Onotology Consortium)所建立的數(shù)據(jù)庫，旨在建立一個適用于各種物種的，堆積因和蛋白質(zhì)功能進(jìn)行限定和描述的，并能隨著研究不斷深入而更新的語言詞匯標(biāo) 準(zhǔn)GO是多種生物本體語言中的一種，提供了三層結(jié)構(gòu)的系統(tǒng)定義方式，用于描述基因產(chǎn)物的功能 基因本體論（gene ontology）的建立現(xiàn)今的生物學(xué)家們浪費(fèi)了太多的時間和精力在搜尋生物信息上。這種情況歸結(jié)為生物學(xué)上定義混亂的原因：不光是精確的計算機(jī)難以搜尋到這些 隨時間和人為多重因素而隨機(jī)改變的定義，即使是完全由人手動處理也無法完成。舉個例子來說，如果需要找到一個

2、用于制抗生素的藥物靶點(diǎn)，你可能想找到所有的 和細(xì)菌蛋白質(zhì)合成相關(guān)的基因產(chǎn)物，特別是那些和人中蛋白質(zhì)合成組分顯著不同的。但如果一個數(shù)據(jù)庫描述這些基因產(chǎn)物為“翻譯類”，而另一個描述其為“蛋白質(zhì) 合成類”，那么這無疑對于計算機(jī)來說是難以區(qū)分這兩個在字面上相差甚遠(yuǎn)卻在功能上相一致的定義。Gene Ontology (GO)項目正是為了能夠使對各種數(shù)據(jù)庫中基因產(chǎn)物功能描述相一致的努力結(jié)果。這個項目最初是由1988年對三個模式生物數(shù)據(jù)庫的整合開始：: FlyBase (果蠅數(shù)據(jù)庫Drosophila),t Saccharomyces Genome Database (酵母基因組數(shù)據(jù)庫SGD) and th

3、e Mouse Genome Database (小鼠基因組數(shù)據(jù)庫MGD)。 從那開始，GO不斷發(fā)展擴(kuò)大，現(xiàn)在已包含數(shù)十個動物、植物、微生物的數(shù)據(jù)庫。GO的定義法則已經(jīng)在多個合作的數(shù)據(jù)庫中使用，這使在這些數(shù)據(jù)庫中的查詢具有極高的一致性。這種定義語言具有多重結(jié)構(gòu)，因此在各種程度上都能進(jìn)行查詢。舉 例來說，GO可以被用來在小鼠基因組中查詢和信號轉(zhuǎn)導(dǎo)相關(guān)的基因產(chǎn)物，也可以進(jìn)一步找到各種生物地受體酪氨酸激酶。這種結(jié)構(gòu)允許在各種水平添加對此基因產(chǎn) 物特性的認(rèn)識。GO發(fā)展了具有三級結(jié)構(gòu)的標(biāo)準(zhǔn)語言（ontologies），如表所示。根據(jù)基因產(chǎn)物的相關(guān)分子功能，生物學(xué)途徑，細(xì)胞學(xué)組件而給予定義，無物種相關(guān)性。

4、本體論內(nèi)容分子功能本體論基因 產(chǎn)物個體的功能，如與碳水化合物結(jié)合或ATP水解酶活性等生物學(xué)途徑本體論分子功能的有序組合，達(dá)成更廣的生物功能，如有絲分裂或嘌呤代謝等細(xì)胞組件本體 論亞細(xì)胞結(jié)構(gòu)、位置和大分子復(fù)合物，如核仁、端粒和識別起始的復(fù)合物等基本來說，GO工作可分為三個不同的部分：第一，給予和維持定義；第二，將位于不同數(shù)據(jù)庫中的本體論語言、基因和基因產(chǎn)物進(jìn)行聯(lián)系，形成網(wǎng)絡(luò)；第三，發(fā)展 相關(guān)工具，使本體論的標(biāo)準(zhǔn)語言的產(chǎn)生和維持更為便捷。本體論（The ontologies）GO的結(jié)構(gòu)包括三個方面?D?D分子生物學(xué)上的功能、生物學(xué)途徑和在細(xì)胞中的組件作用。當(dāng)然，它們可能在每一個方面都有多種性質(zhì)。如

5、細(xì)胞色素C,在分子功 能上體現(xiàn)為電子傳遞活性，在生物學(xué)途徑中與氧化磷酸化和細(xì)胞凋亡有關(guān)，在細(xì)胞中存在于線粒體質(zhì)中和線粒體內(nèi)膜上。下面，將進(jìn)一步的分別說明GO的具體定義 情況?；虍a(chǎn)物基因產(chǎn)物和其生物功能常常被我們混淆。例如，“乙醇脫氫酶”既可以指放在Eppendorf管里的基因產(chǎn)物，也表明了它的功能。但是這之間其實(shí)是存在差別 的?D?D一個基因產(chǎn)物可以擁有多種分子功能，多種基因產(chǎn)物也可以行使同一種分子功能。比如還是“乙醇脫氫酶”，其實(shí)多種基因產(chǎn)物都具有這種功能，而并不 是所有的這些酶都是由乙醇脫氫酶基因編碼的。一個基因產(chǎn)物可以同時具有“乙醇脫氫酶”和“乙醛歧化酶”兩種功能，甚至更多。所以，在G

6、O中，很重要的一點(diǎn) 在于，當(dāng)使用“乙醇脫氫酶活性”這種術(shù)語時，所指的是功能，并不是基因產(chǎn)物。許多基因產(chǎn)物會形成復(fù)合物后執(zhí)行功能。這些“基因復(fù)合物”有些非常簡單（如血紅蛋白由血紅蛋白基因產(chǎn)物球蛋白、球蛋白和小分子的亞血紅素組成）， 有些非常復(fù)雜（如核糖體）?，F(xiàn)在，小分子的描述還沒有包括在GO中。在未來，這個問題可望由和現(xiàn)在的Klotho和LIGAND等小分子數(shù)據(jù)庫聯(lián)合而解 決。分子功能分子功能描述在分子生物學(xué)上的活性，如催化活性或結(jié)合活性。GO分子功能定義功能而不是整體分子，而且不特異性地指出這些功能具體的時空信息。分子功能大 部分指的是單個基因產(chǎn)物的功能，還有一小部分是此基因產(chǎn)物形成的復(fù)合物的

7、功能。定義功能的義項包括催化活性、轉(zhuǎn)運(yùn)活性、結(jié)合活性等，更為狹窄的定義包括腺 苷酸環(huán)化酶活性或鐘形受體結(jié)合活性等。生物學(xué)途徑生物學(xué)途徑是由分子功能有序地組成的，具有多個步驟的一個過程。舉例來說，較為 寬泛的是細(xì)胞生長和維持、信號傳導(dǎo)。一些更為具體的例子包括嘧啶代謝或配糖基的運(yùn)輸?shù)?。一個生物學(xué)途徑并不是完全和一條生物學(xué)通路相等。因此，GO并 不涉及到通路中復(fù)雜的機(jī)制和所依賴的因素。細(xì)胞組件細(xì)胞中的位置指基因產(chǎn)物位于何種細(xì)胞器或基因產(chǎn)物組中（如糙面內(nèi)質(zhì)網(wǎng)，核或核糖體，蛋白酶體等）。GO的形式GO 定義的術(shù)語有著直接非循環(huán)式（directed acyclic graphs (DAGs)的特點(diǎn)，而并非

8、是傳統(tǒng)的等級制（hierarchy）定義方式（隨著代數(shù)增加，下一級比上一級更為具體）。舉個例子來說，生物學(xué)途徑中有一個 定義是己糖合成，它的上一級為己糖代謝和單糖合成。當(dāng)某個基因被注解為“己糖合成活性”后，它自動地獲得了己糖代謝和單糖合成地注解。因?yàn)樵贕O中，每個 術(shù)語必須遵循“真途徑“法則，即如果下一代的術(shù)語可以用于描述此基因產(chǎn)物，其上一代術(shù)語也可以適用。GO的注釋（Annotation）那么，GO中的術(shù)語如何和相對應(yīng)的基因產(chǎn)物相聯(lián)系的呢？這是由參與合作的數(shù)據(jù)庫來完成的，它們使用GO的定義方法，對它們所包含的基因產(chǎn)物進(jìn)行注解，并且 提供支持這種注解的參考和證據(jù)。每個基因或基因產(chǎn)物都會有一個列

9、表，列出與之相關(guān)的GO術(shù)語。每個數(shù)據(jù)庫都會給出這些基因產(chǎn)物和GO術(shù)語的聯(lián)系數(shù)據(jù)庫，并 且也可以在GO的ftp站點(diǎn)上和WEB方式查詢到。并且，GO聯(lián)合會提供了簡化的本體論術(shù)語（GO slim），這樣，可以在更高級的層面上研究基因組的功能。比如，粗略地估計哪一部分的基因組與信號傳導(dǎo)、代謝合成或復(fù)制有關(guān)。GO對基因和蛋白的注釋闡明了基因產(chǎn)物和用于定義他們的GO術(shù)語之間的關(guān)系。基因產(chǎn)物指一個基因編碼的RNA或蛋白產(chǎn)物。因?yàn)橐粋€基因可能編碼多個具有很 不相同性質(zhì)的產(chǎn)物，所以GO推薦的注釋是針對基因產(chǎn)物的而不是基因的。一個基因是和所有適用于它的術(shù)語聯(lián)系在一起的。一個基因產(chǎn)物可以被一種本體論定義的多種分支或

10、多種水平注釋。注釋需要反映在正常情況下此基因產(chǎn)物的功能，生物途徑，定位等，而并不包括其在突變或病理狀 態(tài)下的情況。GO聯(lián)合會的各個數(shù)據(jù)庫成員采用手動或自動的方式生成注釋，這兩種方式共有的原理是：一.所有的注釋都需要有來源,可以是文字、另一個數(shù)據(jù)庫 或是計算機(jī)分析結(jié)果；二.注釋必須提供支持這種基因產(chǎn)物和GO術(shù)語之間聯(lián)系的證據(jù)。GO文件格式GO的所有數(shù)據(jù)都是免費(fèi)獲得的。GO數(shù)據(jù)有三種格式：flat（每日更新）、XML(每月更新)和MySQL（每月更新）。 這些數(shù)據(jù)格式都可以在GO ftp的站點(diǎn)上下載。XML 和 MySQL 文件是被儲存于獨(dú)立的GO數(shù)據(jù)庫中。如果需要找到與某一個GO術(shù)語相關(guān)的基因或

11、基因產(chǎn)物，可以找到一個相應(yīng)表格，搜尋到這種注解的編號，并且可以鏈接到與之對應(yīng)的位于不同數(shù)據(jù)庫的基因相關(guān)文 件。GO瀏覽器和修改器（browser and editor）GO術(shù)語和注釋使用了多種不同的工具軟件，它們都可以在web方式的“GO 瀏覽器”下“GO software page”中找到。大多數(shù)GO瀏覽器都是web模式的，允許你直觀的看到術(shù)語和其相關(guān)信息，如定義、同義詞和數(shù)據(jù)庫參考等。有些GO瀏覽器如AmiGO和 QuickGO,可以看到每個術(shù)語的注釋。而可下載的DAG-Edit編輯器，一樣可以離線地顯示注釋和所有本體論定義的信息。對于每一個瀏覽器來說，都 可以選擇最適用于你要求的工具軟件

12、。常見的三種瀏覽器AmiGO from BDGP在 AmiGO中，可以通過查詢一個GO術(shù)語而得到所有具有這個注釋的基因產(chǎn)物，或查詢一 個基因產(chǎn)物而得到它所有的注釋關(guān)系。還可以瀏覽本體論，得到術(shù)語之間的關(guān)系和術(shù)語對應(yīng)的基因產(chǎn)物數(shù)目。AmiGO直接連接GO下的MySQL。 MGI GO BrowserMGI GO的功能類似于AmiGO,所不同的在于它所得到的基因?yàn)樾∈蠡颉GI GO瀏覽器直接連接GO下的MGI數(shù)據(jù)庫。QuickGO at EBIQuickGO,整合在EBI下的InterPro中，可以通過查詢一個GO術(shù)語而得到 它的定義與關(guān)系描述、在SWISS-PROT中的定位、在酶分類學(xué)（EC

13、）和轉(zhuǎn)運(yùn)分類學(xué)（TC）中的定位和InterPro中的定位等。其他還有一些特殊的瀏覽GO的瀏覽器，其中括號中為建立機(jī)構(gòu)和主要特色：EP GO Browser（EBI,基因表達(dá)情況）,、GoFish (Harvard，Boolean查詢、GenNav（NLM, 圖像化展示）、GeneOntologyRZPD （RZPD，UniGene）、ProToGO （Hebrew University，GO的亞圖像化）、CGAP GO Browser （癌癥基因組解剖工程，癌癥）、GOBrowser （Illuminae，perl.、TAIR Keyword Browser （TAIR，擬南芥）、PANDOR

14、A （Hebrew University，非一致化蛋白）。修改器GO 術(shù)語和本體論結(jié)構(gòu)可以由任何可以讀入GO平板文件的文本修改器進(jìn)行編輯，但是這需要對平板文件非常熟悉。因此，DAG-Edit是被推薦使用的，它是為 GO特別設(shè)計的，能夠保證文件的句法正確。GO注釋可以被多種數(shù)據(jù)庫特異性的工具所編輯，如TIGR的Manatee和EBI的Talisman tool。但是GO數(shù)據(jù)庫中寫入新的注釋是需要通過GO認(rèn)證的管理員方可進(jìn)行的，如果想提出新的注釋或?qū)Ρ倔w論的建議，可以聯(lián)系GO。主要修改器為DAG-Edit和COBrA。DAG-Edit基于Java語言，提供了能瀏覽、查詢、編輯具 有DAG數(shù)據(jù)格式的

15、GO數(shù)據(jù)界面。在SourceForge可以免費(fèi)下載，伴隨著幫助文件。COBrA能夠編輯和定位GO和OBO本體論。 它一次顯示兩個本體論，因此可以在不同的水平相應(yīng)定位。（如組織和細(xì)胞類型水平）優(yōu)點(diǎn)在于可以綜合幾種本體論，支持的文件格式多，包括GO平板文件、GO RDF和OWL格式等。如圖為DAG-Edit的界面，可以分為四個部分： 1） 定義編輯面板（term editor panel）顯示當(dāng)下的本體論。也是主要的編輯本體論結(jié)構(gòu)的工具，可以通過點(diǎn)擊和拖動術(shù)語來修改本體論的從屬關(guān)系。2） 文本編輯面板（text editor panel）修改術(shù)語中的內(nèi)容。在修改多個術(shù)語時，會出現(xiàn)一個選擇菜單，可以

16、選中后逐個修改。3) DAG瀏覽器DAG瀏覽器是一個插件，能夠以圖形的方式展示具有復(fù)雜的從屬關(guān)系的術(shù)語。4) 搜尋/屏蔽面板可搜尋術(shù)語、術(shù)語類型和術(shù)語間關(guān)系?？勺远x屏蔽條件，限制得出的搜尋結(jié)果。GO數(shù)據(jù)庫的查找和瀏覽FAQ1. 如何搜尋注釋？使用AmiGO瀏覽器，可以在所有參與的數(shù)據(jù)庫中搜尋一個特定的注解。AmiGO允許使用GO術(shù)語或基因產(chǎn)物的搜尋。搜尋結(jié)果包括GO對這個術(shù)語的等級分 級情況，定義和近義結(jié)構(gòu)，外部鏈接，所有相聯(lián)系的基因產(chǎn)物和它的下一級術(shù)語。2. 如何得到全部的GO注釋？在GO網(wǎng)站上，基因產(chǎn)物與GO聯(lián)系的組信息都有提供。這些文件儲存了基因/基因產(chǎn)物的ID和引用文獻(xiàn)等支持證據(jù)(如

17、FlyBase 基因ID, SWISS-PROT蛋白ID),在ftp站點(diǎn)上都可以獲得。3 在一些模式生物中,一個基因通常有多個與之相關(guān)的核苷酸序列,如EST、蛋白序列等。要查詢到這些序列，可以從該模式生物數(shù)據(jù)庫中通過基因聯(lián)系（gene association）查詢到基因獲得ID(gene accession ID),或是分別在Compugen中查詢大的轉(zhuǎn)錄產(chǎn)物（transcipt）和SWISS-PROT/TrEMBL中查詢蛋白。4. 如何得到由GO術(shù)語注解的蛋白序列？在GO網(wǎng)頁上選擇能查詢到所有數(shù)據(jù)庫的Amigo瀏覽器，鍵入GO術(shù)語（如“線粒體”），在結(jié)果中顯示了被注釋的基因。然后選擇你所需基

18、因，在網(wǎng)頁的最低 端把選項拖至“get fasta sequence”區(qū)域，再確定即可。5 如何能夠找到所有和一個特定的GO術(shù)語相關(guān)的人類基因呢？GO術(shù)語是和SWISS-PROT/TrEMBL/InterPro and Ensembl中的蛋白序列無贅余地對應(yīng)的。這些注釋在EBI上的GOA-Human 文件中，GO的FTP站點(diǎn)上，Ensembl，EMBLBank上都可找到。6可以直接使用GenBank的gi獲取碼在GO數(shù)據(jù)庫中進(jìn)行查詢嗎？GO數(shù)據(jù)庫中除了Compugen所提供的GenBank獲取碼之外，沒有包含其他GenBank獲取碼的信息，但是在EBI的GOA(GO Annotation)中，

19、有一個綜合的對GenBank/EMBL/DDBJ進(jìn)行查詢的方式，詳細(xì)請見：GO與其他分類系統(tǒng)的定位關(guān)系（Mapping to GO）GO 并不只是希望為基因組建立一個標(biāo)準(zhǔn)化的、結(jié)構(gòu)清晰的注釋語言。GO致力于各種基因組數(shù)據(jù)庫的標(biāo)準(zhǔn)化。GO為各種基因組分類系統(tǒng)和GO注釋之間的轉(zhuǎn)化提供了 轉(zhuǎn)化表，見數(shù)據(jù)庫索引文件來源UniProt Knowledgebasespkw2goEvelyn Camon (Note: spkw2go used to be called swp2go, all files remain the same.)Enzyme Commissionec2go Michael Ashb

20、urner EGADegad2goMichael Ashburner GenProtECgenprotec2goHeather Butler and Michael AshburnerTIGR role tigr2go Michael Ashburner TIGR Families tigrfams2go TIGR Staff InterProinterpro2goNicola MulderMIPS Funcatmips2goMichael Ashburner and Midori HarrisMetaCyc Pathwaysmetacyc2go Michael Ashburner and M

21、idori HarrisMultiFun Classificationsmultifun2goMichael Ashburner, Jane Lomax and Margrethe Hauge SerresPfam Domainspfam2goNicola MulderProdom Domains prodom2goNicola MulderPrints Domainsprints2goNicola MulderProSite Domainsprosite2goNicola MulderSmart Domainssmart2go Nicola MulderREADME需要注意的是，這些轉(zhuǎn)化不是

22、完全而精確的。其中的一個原因可能是GO有一套完整的定義系統(tǒng)，而很多數(shù)據(jù)庫并不具有。 GO的應(yīng)用GO的局限性1. GO 不是基因序列或基因產(chǎn)物數(shù)據(jù)庫，相反的，GO強(qiáng)調(diào)基因產(chǎn)物在細(xì)胞中的功能。2. GO不是整合數(shù)據(jù)庫的一種方式（如聯(lián)邦式整合數(shù)據(jù)庫），它并不能做到這點(diǎn)是因?yàn)椋篴. 更新速度較慢b. 由于每個人對數(shù)據(jù)定義的方式不同，標(biāo)準(zhǔn)難以達(dá)到一致。c. GO并不對生物學(xué)的每個方面進(jìn)行描述。如功能域的結(jié)構(gòu)、3D結(jié)構(gòu)、進(jìn)化等。3GO 是對基因功能的注解，但是有其局限性。比如說，GO不能反映此基因的表達(dá)情況，即是否在特定細(xì)胞中、特定組織中、特定發(fā)育階段或與某種疾病相關(guān)。GO雖然 不涉及這些方面，

23、但是支持其他的OBO(open biology ontologies)成員成立其他類型的本體論數(shù)據(jù)庫（如發(fā)育本體學(xué)、蛋白組本體學(xué)、基因芯片本體學(xué)等）用于基因組分析基因組和全長cDNA序列工程通常會根據(jù)序列的相似性，推測基因與已注釋的基因功能類似?，F(xiàn)在最常用的手段是在SWISS-PROT序列中設(shè)定一個相似性 的域值，使用計算機(jī)化的方法來判斷。因此，根據(jù)這一原理，也可以得到新的GO注釋（被標(biāo)記為“根據(jù)電子注釋推測”）。一個GO的重要應(yīng)用方面是對于一個 GO術(shù)語，能形成一個相聯(lián)系的基因產(chǎn)物組。舉例來說，某一基因產(chǎn)物可以被精確地注釋為在碳水化合物代謝的一個特定的功能，如葡萄糖代謝，而在總結(jié)碳水化合 物代謝時，所有這些基因產(chǎn)物都會聚集到一起。GO計劃為每一個高頻出現(xiàn)的術(shù)語建立文檔總匯，現(xiàn)在有些已經(jīng)在“GO Slim”中實(shí)現(xiàn)了。用于基因表達(dá)分析如在芯片數(shù)據(jù)中引入GO注釋，通?？梢越沂境鰹槭裁匆粋€特定組的基因擁有相似的表達(dá)模式。共表達(dá)的基因可能編碼在同一個生物過程中出現(xiàn)的基因產(chǎn)物，或定位 于同一個細(xì)胞部位的。如果未知基因和一些已被GO過程術(shù)語相似地注釋了的基因共表達(dá)，那么這個未知基因很有可能在同一個過程中發(fā)揮功能。分析和操作基因表 達(dá)芯片數(shù)據(jù)，并且又能結(jié)合G