一、编码基因预测
基因预测（gene finding）或基因注释（gene annotation）主要是预测DNA序列中编码蛋白质的区域（CDS），目前主要针对两类序列预测：
针对少量目标序列进行预测，鉴定序列上可能的功能基因； 针对新测序基因组进行全基因组水平的基因预测；
预测方法主要有三种：从头预测（ab initio method）、同源对比（homology method）和转录本组装。
- 从头预测：根据编码区统计特征（CpG岛、HMM等）和基因信号进行基因结构预测；
- 同源对比：利用近缘种已知基因进行序列比对，发现同源序列，并结合基因信号（内含子外显子剪切信号、基因起始和终止密码子等）进行基因结构预测；
- 转录本组装：通过目标物种转录组（RNA-seq）或其他基因表达序列（如早期的EST序列），可以获得大量目标物种转录本序列，将这些表达序列定位到基因上，辅助基因编码区预测；
注：HMM 隐马尔可夫链，考虑正负链、启动子区域、非编码UTR区、polyA信号和但外显子基因等情况进行概率预测。
但由于以下几种原因，预测的准确度会受到影响：
基因组DNA序列仅由4种剪辑构成，其基因信号并不明显，背景噪音大； 有些外显子很短（eg:3bp）; 第一和最后一个外显子（包含UTR序列）无剪接信号提供，难预测； 基因存在大量可变剪切； 测序误差等；
二、基因功能注释
基因功能注释主要包括预测基因中的功能域、功能分类和所在的生物学通路，普遍采用序列相似性比对的方法。
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1、基于已知基因和功能域数据 采用Uniprot/Swiss-Prot/InterPro数据库进行注释，利用BlastP进行注释时，一般设定E-value标准；
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2、基于功能分类和代谢途径 利用GO（Gene Ontology）定义基因功能，利用KEGG等数据库生物学代谢通路信息；
三、蛋白质结构预测
蛋白质结构包括四层：一级结构蛋白质序列、二级结构α螺旋β折叠等、三级结构单条多肽链空间结构、四级结构时多个亚基的空间结构；蛋白质结构预测食指基于蛋白质氨基酸序列预测二级、三级结构。
1、蛋白质二级结构预测
二级结构预测大致分为三类，统计学方法、基于立体化学原则的化学物理方法和神经网络人工智能方法。
- 其中基于物理化学方法最著名的Lim法 考虑蛋白质折叠结构的立体化学特征和物理化学性质，如残基侧链基团的体积大小、亲疏水性、和所带电荷等因素，还考虑临近氨基酸残基之间的相互作用。
2、蛋白质三级结构预测
三级结构预测的方法有三种：同源建模法、折叠识别法和从头预测法。
- 同源建模法（对比一级结构）： 任一对蛋白质，只要序列长度达到一定程度，序列相似性超过30%，就能保证有相似的三维结构。一般步骤为：①寻找一个或一组与未知蛋白同源且有实验测定的蛋白质结构；②建立未知蛋白与已知结构蛋白质的序列比对；③找出结构保守型的主链片段；④建模结构变化的区域，一般为连接二级结构片段的区域；⑤侧链建模；⑥通过能量计算的方法进行结构优化。
- 折叠识别法（对比二级结构）：又称串线法（threading） 在已知序列折叠方式的序列记录中搜索，获得一直蛋白质结构的相似序列，为折叠模式打分及识别适合序列的折叠模式；将查询序列与打分醉倒的蛋白质进行序列比对。一旦识别到这样的模板，剩下的部分与比较模型的过程相同。在穿线法中，位置序列及何时的方式被穿到一个数据库的某一折叠模板，然后计算该序列的能量，与所有折叠模板串好后进行积分比对。
- 从头预测法： 根据物理化学、量子化学、量子物理的基本原理，利用各种理论方法计算出蛋白质肽链所有可能构象的能量。
四、非编码RNA鉴定与功能预测
小RNA计算识别与靶基因预测
1. miRNA：单链RNA，与靶位点结合，对目标mRNA切割或抑制表达。
计算识别方法：
- 同源比对：通过已知保守miRNA在不同物种间序列相似性，进行同源序列检索预测miRNA；
- 基于比较基因组学的算法：根据基因组序列间的共线性（基因序列的部分或全部保守），利用基因组之间编码序列上和结构上的同源性，通过已知基因组的作图信息定位其他基因组中的基因，从而解释基因潜在的功能、阐明 物种简化关系及基因组内在结构；
- 邻近茎环结构搜索：基于动物miRNA经常成簇存在于基因组上的特点，通过对已知miRNA附近区域进行茎环结构预测来发现成簇存在的miRNA；
2. siRNA：主要通过长的双链RNA复合体在DCL酶切割下产生，能够激发与其互补的mRNA沉默。
长非编码RNA鉴定与功能预测
1. IncRNA：长链非编码RNA，可调节转录。
- 鉴定时将转录组数据比对到基因组上，排除编码蛋白的转录本；
- 功能预测： miRNA的诱捕靶标；与其他RNA分子互作预测；与蛋白质分子的互作预测；
2. circRNA：环状RNA分子是一类由反向剪接形成的非编码RNA；
- 功能预测： 与miRNA分子互作预测；潜能预测；
