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.2013年8月；8(8):1551-66.
doi:10.1038/nprot.2013.092。 Epub 2013年7月18日。

基于PANTHER分类系统的大尺度基因功能分析

怀玉蜜 1, 阿努西亚·穆鲁加努扬, 约翰·T·卡萨格兰德, 保罗·D·托马斯
附属公司

基于PANTHER分类系统的大尺度基因功能分析

怀玉蜜等。 Nat协议. 2013年8月.

摘要

PANTHER（通过进化关系进行蛋白质注释）分类系统(http://www.pantherdb.org网站/)是一个综合系统，结合了基因功能、本体论、途径和统计分析工具，使生物学家能够分析测序、蛋白质组学或基因表达实验中的大规模全基因组数据。该系统由82个完整基因组组成，分为基因家族和亚家族，它们的进化关系通过系统发育树、多序列比对和统计模型（隐马尔可夫模型或HMM）捕获。基因按照其功能以几种不同的方式进行分类：家族和亚科用本体术语（基因本体（GO）和PANTHER蛋白质类）进行注释，序列分配给PANTHER路径。PANTHER网站包括一套工具，使用户可以浏览和查询基因功能，并通过一些统计测试分析大规模实验数据。它被实验室科学家、生物信息学家、计算机科学家和系统生物学家广泛使用。在2013年发布的PANTHER（v.8.0）中，除了更新数据内容外，我们还重新设计了网站界面，以改善用户体验和系统的分析能力。该协议详细描述了如何使用PANTHER分类系统分析全基因组实验数据。

PubMed免责声明

利益冲突声明

竞争性金融利益

作者声明，他们没有相互竞争的经济利益。

数字

图1
图1。PANTHER基础设施概述。
PANTHER由三个模块组成。核心模块是PANTHER蛋白库（黄色阴影），其中包含PANTHER家族和亚家族的集合，每个家族都由一个系统发育树、一个MSA和一个HMM表示。第二个模块是包含176条专家管理的通路（绿色阴影）的通路。通路成分与用于构建蛋白质库的蛋白质序列（浅绿色阴影）相关，因此，通路也与亚家族和HMM相关。第三个模块是工具套件。在这个图中，基因列表分析工具被用作一个例子（蓝色阴影）。当用户将基因列表上传到工具时，如果列表中的ID来自PANTHER中82个生物体中的一个，工具会将ID映射到PANTHER蛋白质库中的ID（绿色箭头）。如果上传的ID不是来自82个生物体中的一个，用户可以根据PANTHER HMM库对序列进行评分，并生成PANTHER通用映射文件（参见方框2）（橙色箭头）。该工具有三个测试：功能分类测试、统计过度表达测试和统计丰富测试。必须提供数值才能使用统计充实测试。
图2
图2。PANTHER系统发育树和路径图示例
（A） 来自PANTHER（PTHR11633，血小板衍生生长因子）的样本系统发育树。该族包含三个子族（蓝色箭头）。根据果蝇和秀丽线虫序列（分别为Q9VWP6和Q9N143）中的注释，SF1被注释为“PDGF/VEGF生长因子相关蛋白1”。最近有一个重复生成PDGF a链（SF3）和PDGF B链（SF2）。本体术语被注释到表示现有家族的共同祖先的节点，在本例中为AN0（SF1）。分类将传播到所有下降节点，包括AN4（SF3）和AN33（SF2）。（B） PANTHER通路图示例（P00047，PDGF信号通路）。该图如CellDesigner流程图所示，类似于SBGN-PD格式，例如（蓝色圆圈），输入（例如ERK）到输出（例如磷酸化ERK）的转换由修饰语（例如磷酸化MEK）催化。途径成分（如红圈中的PDGF）通过专家管理与蛋白质库中的蛋白质序列（2A中的红色箭头）相关联。这种联系得到了文献证据的支持。因此，PDGF的通路成分可以推断为文库中亚科的其他同源蛋白序列（2A中的SF2和SF3）。
图3
图3
带有基因列表分析工具的PANTHER主页。
图4
图4
的用户界面统计过表达试验允许用户选择其他测试基因列表。
图5
图5
功能分类结果显示为基因列表页。结果基于补充材料中的sampleTestList_NP_500文件。
图6
图6
PANTHER饼图结果来自补充材料中的sampleTestList_NP_500文件。您可以使用选择本体下拉菜单切换到不同本体的饼图。单击饼图部分以显示子类别。单击右侧的图例以检索该类别的基因列表。
图7
图7。结果来自统计过表达试验。结果基于补充材料中的sampleTestList_NP_500文件。
（A） 结果摘要显示在表格中。您可以通过单击导出结果按钮。您还可以使用查看下拉菜单。如果您的分析是在路径中完成的，如图所示，您可以单击路径名称并显示路径图。将突出显示测试列表中包含基因的路径组件。高亮显示的组件的颜色可以在页面顶部定义（红色圆圈）。可以同时分析和查看总共4个测试列表。（B） 在PANTHER路径中查看的结果异三聚体G蛋白信号通路——Giα和Gsα介导的通路（P00026）。测试基因列表中包含基因的组件以红色突出显示。
图8。
图8。
来自统计富集试验。结果基于补充材料中的sampleTestList_NP文件。（A） 工具的输出，其中包含功能类别分布和参考分布之间每次比较的P值列表。（B） 图形视图中PDGF信号通路（红色）和参考（蓝色）分布的比较。（C） PDGF信号通路的通路图，使用交互式通路Java小程序可视化，该小程序使用从输入值导出的“热图”为通路着色。
图8。
图8。
来自统计富集试验。结果基于补充材料中的sampleTestList_NP文件。（A） 工具的输出，带有功能类别分布和参考分布之间每次比较的P值列表。（B） 图形视图中PDGF信号通路（红色）和参考（蓝色）分布的比较。（C） PDGF信号通路的通路图，使用交互式通路Java小程序可视化，该小程序使用从输入值导出的“热图”为通路着色。
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