基因注释神器UCSC Genome Browser使用教程
近期，笔者接触到了一款神仙工具——UCSC Genome Browser，它可以帮助我们可视化某个基因的相关信息。UCSC Genome Browser 是由加州大学圣克鲁斯分校（UCSC）托管的在线且可下载的基因组浏览器。它是一个交互式网站，可以访问来自各种脊椎动物和无脊椎动物物种的基因组序列数据，并集成了大量对齐注释。
浏览器也是一个图形查看器，优化后可以支持快速交互性能，可以快速可视化、检查和查询数据。并且，基因组浏览器数据库、浏览工具、可下载的数据文件和文档都可以在 UCSC 基因组生物信息学网站上找到。这个软件的优势是，如果你对某个基因或者突变感兴趣，可以通过它找到更多关于这个基因或者突变的信息，比如有哪些疾病和这个基因相关，在各个生物之间哪些序列是高度保守的。方便你进一步设计实验，或者提出其他的研究假说。笔者也是在某课程上学到的，当时老师以 KLF4 基因为例，提出了以下几个问题（在下文中，笔者也会根据这些问题，具体介绍一下这款工具的操作方式）：3、找出 KLF4 基因上一个高度重复的非同义体突变；5、推测一下这个突变可以如何影响 KLF4 的功能。首先，这个工具的网址是「http://genome-asia.ucsc.edu」，进入后点击「Genome Browser」。进入如下页面后，在搜索框中输入「KLF4」，并选择「Homo sapiens」（人类）。下图代表了 KLF4 基因在染色体上的具体位置。选择「zoom in」（缩小）和「zoom out」（放大），可以将相关染色体的长度缩小和放大，进一步探索感兴趣的位置。图片来源：网站截图
（点击图片，可放大查看）
蓝色的黑色方块（用红色圈出）和箭头（用黄色圈出）分别代表外显子和内含子，将鼠标移动到相应位置，会显示外显子和内含子的名字，点击后可以查看到更多的信息。由此，我们就回答了第一个问题——描述 KLF4 基因外显子和内含子的结构。下面的柱状图代表了 KLF4 基因在 54 种组织中的表达量，每个颜色的柱子代表不同的组织，移动鼠标可查看组织的名字，点击进去有更详细的箱线图。下面的部分代表了 ENCODE（Encyclopedia of DNA Elements）记录的顺式调控元件（cis-regulatory element）候选者。点开后可以看到 ENCODE 的具体方法，以及不同颜色的方块代表什么意思。比如这里出现的黄色，代表远端增强字样特征。点开这一部分后，会进一步解释 ENCODE 的数据来源和方法。紫色的部分表示组蛋白标记的富集情况，点击后，会显示关于组蛋白标记的详细解释，组蛋白会影响转录和染色质。以下蓝色的峰值图展现了 100 个脊椎动物用 PhyloP 方法分析得到的保守区域，可以看到外显子对应的区域相对来说保守程度高。以下黑色的图表，展现了恒河猴、小鼠、大象、鸡、青蛙、斑马鱼对应片段的保守区域，可以看到外显子对应的区域 DNA 相似度较高，较为保守。然后，下面的表格有各种模块和选项，可以挑选感兴趣的项目展示出来。让我们回到第二个问题，KLF4 基因编码什么样的蛋白质？点击代表外显子的小方块，跳转出的页面中会介绍 KLF4 基因编码什么样的蛋白质。这个基因编码的蛋白质是属于 Kruppel 家族的转录因子。再看第三个问题，找出 KLF4 基因上一个高度重复的非同义体突变。作为 TCGA 的一部分，可以从肿瘤的全基因组测序中找到体细胞突变。在「Phenotype and Literature」一栏，选「TCGA Pan-cancer」，选择「full」或者除「hide」以外的模式，图表中就会显示 lollipop（棒棒糖）图。另外 COSMIC 的模块也能找体细胞突变。在「Phenotype and Literature」一栏，选「COSMIC Regions」，也能得到体细胞突变的位置。再看第四个问题，说出和这个基因突变相关的癌症类型。可以在「Phenotype and Literature」中选择「Cancer Gene Expr」模块，并选择「show」选项。出现以下图表，每一种颜色的柱子代表着某种癌症，柱子的高度代表在所有样本中这个基因的中位表达量。把鼠标移动到一个柱子上，会出现具体癌症的名称，点开后也有更加详细的箱线图。下面看第五个问题，推测一下突变可以如何影响 KLF4 的功能。在「Phenotype and Literature」中选「Variants in Papers」，选择「show」，就会出现文献中报道的变异的情况。点「Protein change and link to details」，能获得更多细节，包括以前发表的相关文献。UCSC Genome Browser 还有很多其他功能，笔者也在不断探索中。如果想知道某个功能怎么用，建议可以看 UCSC Genome Browser 的教学资料或者视频，也可以在谷歌搜索框直接搜索关键词「UCSC Genome Browser+具体功能的英文」，一般都能找到答案。
本文作者：Sid，科研论文时间
