Basic Local Alignment Search Tool(BLAST)是美国国立卫生研究院国家医学图书馆 NCBI 网站提供的生物序列分析工具。它面向核苷酸序列和蛋白质序列,寻找不同序列之间的局部相似区域,再将查询序列与序列数据库进行比较,并计算匹配结果的统计显著性。与只比较序列整体的方式不同,BLAST 的核心是识别序列中的局部相似区域,因此可以用于推断序列之间的功能关系和进化关系,也可以帮助识别基因家族成员。官网同时提供 Web BLAST、可下载的独立版 BLAST、API 调用方式、云端部署方式,以及针对特定任务的搜索工具。
核心功能
核苷酸序列比对
Web BLAST 提供 Nucleotide BLAST,用于将核苷酸查询序列与核苷酸数据库进行比较。工具会寻找序列之间的局部相似区域,并计算匹配结果的统计显著性。官网还提供针对人类基因组、小鼠基因组、大鼠基因组和微生物基因组的入口,便于在这些指定基因组范围内进行搜索。
蛋白质序列比对
Protein BLAST 用于将蛋白质查询序列与蛋白质数据库进行比较。BLAST 的序列比较结果可用于推断功能和进化关系,也可用于帮助识别基因家族成员。对于蛋白质与核苷酸之间的跨类型搜索,官网还列出了 blastx 和 tblastn:前者使用翻译后的核苷酸查询序列搜索蛋白质数据库,后者使用蛋白质查询序列搜索翻译后的核苷酸数据库。
局部相似性与统计显著性分析
BLAST 的基本分析对象是序列中的局部相似区域,而不是仅对两条序列进行简单的整体比较。系统会把核苷酸或蛋白质查询序列与序列数据库进行匹配,并对匹配结果计算统计显著性。这个结果可作为判断序列相似程度及其潜在生物学关系的依据,官网明确将其应用方向表述为功能关系、进化关系和基因家族成员识别。
专项序列搜索
官网提供多种面向具体问题的工具。SmartBLAST 用于查找与查询序列高度相似的蛋白质;Primer-BLAST 用于为 PCR 模板设计特异性引物;CD-search 用于查找序列中的保守结构域;VecScreen 用于筛查载体污染;IgBLAST 用于搜索免疫球蛋白和 T 细胞受体序列;CDART 用于查找具有相似保守结构域架构的序列;COBALT 则可在结构域和蛋白质约束下进行多序列比对。
全局比对与多种运行方式
除局部相似性搜索外,官网还提供 Global Align,用 Needleman-Wunsch 方法比较两条序列的完整跨度。对于需要在本地或程序中运行 BLAST 的场景,官网提供 BLAST 数据库和可执行文件下载、API 调用说明,以及在云服务提供商处启动 BLAST 实例的方式。这些入口覆盖了网页搜索、独立运行、应用集成和云端运行几种使用形式。
使用方式
用户可以直接进入 Web BLAST,选择核苷酸、蛋白质或翻译序列相关的搜索入口。官网也提供 Download BLAST,用于获取 BLAST 数据库和可执行文件;提供 Use BLAST API,用于从应用程序调用 BLAST;还提供 Use BLAST in the cloud,用于在云服务提供商处启动实例。正文没有说明是否必须注册、是否需要自备模型密钥,也没有列出具体的导入导出格式。
适用人群与场景
需要比较核苷酸序列的使用者,可以通过 Nucleotide BLAST 或指定的人类、小鼠、大鼠和微生物基因组入口查找局部相似区域。处理蛋白质序列的使用者,可以使用 Protein BLAST 或 SmartBLAST 查找相似蛋白质。进行 PCR 模板分析的使用者可使用 Primer-BLAST 设计特异性引物;研究免疫球蛋白和 T 细胞受体序列的使用者可使用 IgBLAST。需要分析保守结构域、载体污染或多序列关系时,则可选择 CD-search、VecScreen、CDART 或 COBALT。
注意事项
BLAST 的结果包含匹配结果的统计显著性,但官网正文没有在该页面列出具体的显著性阈值、数据库更新时间、单次查询限制或结果保存规则。正文也没有提供价格、免费额度或付费档位信息。