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基于参数空间筛选方法的高通量
晶体结构解析流水线的应用
报告人:丁玮
成像中心
提纲
• 原理概述
• 流水线的架构设计
• 使用教程
• 部分结果展示
原理概述
当前生物大分子晶体相位求解的常用方法
SAD
重原子搜索
• 同晶置换法
相位计算
相位优化
• 分子置换法
模型构建
MAD
• 直接法
3
原理概述
结构解析中的不确定因素
Sets
Set1
Set2
Set3
Set4
重原子搜索
SHELXD
SHELXD
Phenix.
autosol
Phenix.
autosol
相位计算
SHELXE
SHELXE
Phenix.
autosol
Phenix.
autosol
相位优化
DM
Parrot
No
No
模型构建
ARP/
wARP
Phenix.
autobuild
Phenix.
autobuild
Buccaneer
Rfree(%)
58.71
59.32
32.50
32.34
Steps
二维参数空间及程序空间筛选进行S-SAD相位求解的非线性特征。图
中X轴为重原子搜索的高分辨率截取值,Y轴为S-SAD相位计算的高分
辨率截取值。Z轴是相位计算后利用ARP/wARP自动建模得到的Rfree值。
可以看出,只有少部分分辨率组合才能获得正确的相位。
表一:使用不同的程序和各程序的默认参数求解P202晶体的结果。(SSAD方法)
表一:可以看出使用程序的默认参数,由不同的程序组合进行结构求解将会得到不
同的结果。
Ru, H., Zhao, L., Ding, W., Jiao, L., Shaw, N., Liang, W., Zhang, L., Hung, L., Matsugaki, N., Wakatsuki, S.
and Liu, Z. J*, (2012) The S-SAD phasing study of DR6 and its solution conformation revealed by SAXS. Acta
Cryst D, in press.
流水线的架构设计
“Parameter Space Screening” method based phasing pipeline:
结构解析流水线的构建
At the synchrotron
算法基础:
“参数空间及程序空间筛选”方法:结构
解析流水线的后台程序会根据用户输入的
空间群的数目,最高分辨率、分辨率间隔、
重原子数目以及用户选择的程序自动计算
出可能的参数组合,然后利用不同计算节
点的对所有可能组合进行计算。
运算模式:
在高性能集群上多任务的并行计算模式。
使用界面:
友好的交互式网页服务器界面。
使用方式:
利用因特网实现:任务的远程提交、结果
的在线查询和数据的远程下载。
At the synchrotron or
home lab
Liu, Z.J., Lin D., Tempel W., Praissman JL., Rosea JP. and Wang BC.,(2005) Parameter-space screening: a powerful tool for high-throughput
crystal structure determination. Acta Crystallogr D Biol Crystallogr 61(Pt 5): p. 520-7.
流水线的架构设计
登陆服务
器,提交
数据
产生
作业
高分辨
率数据
结果输
出
重原子搜索
SHELXD、
SOLVE
相位 计算
SHELXE、
RESOLVE
相位优化
DM,Parrot
模型构造
ARP/wARP,、
Buccaneer、
Phenix
使用费用
• X2DF 对学术研究者是免费的,但计算机的机时是要收取费用的,
具体费用如下:
• 中国科学院生物物理所的师生: 0.12¥/线程/小时
• 其他学术机构: 0.50¥/线程/小时
• 商业机构:1.00¥/线程/小时
• 最低缴费:1000元
• 户名:中国科学院生物物理研究所
• 开户银行:工行东升路支行
• 账号:0200006209088116933
• !!!并请特别注明:入平台晶体结构计算费
• 款项汇出后请将用户名、密码和汇款金额发EMAIL通知凌伦奖老
师。在确认收到后,我们会通知你们并出具发票。
• 付费联系人:(凌伦奖):[email protected]
• 技术支持: (丁玮):[email protected]
http://zjliulab.ibp.ac.cn/
http://zjliulab.ibp.ac.cn/pipeline/html/
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务名
新任务
描述
新建任务按钮
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剩余机时
总共购买
的机时
已使用的
机时
删除作业或刷新
页面
有几个作业正在运行
运行的任务名(路径
名)
删除任务
查看任务运行情
况
新建任务
退出
输入含反常散射的sca文件
输入同一颗晶体的高分辨
率sca文件,如果没有可以
再次输入第一组数据
输入该晶体的序列文件
一个非对称单元中的分子数目
一个分子中的残基数目
重原子类型
一个非对称单元中重原子数目的最小可能值
一个非对称单元中重原子数目的最大可能值
参数计算网页:
http://zjliulab.ibp.ac.cn/data_ana/phpweb/
晶体可能的空间群,可以多选
反常散射数据收集时使用的光源波长
原始数据的最高分辨率取值(精度为小数点
后3位)
分辨率筛选时可以接受的最高分辨率的最低
取值
原始数据的最低分辨率取值(精度为小数点
后3位)
分辨率筛选的递增区间
分子的溶剂含量
反常散射的虚部值
重原子搜索和相位计算的
程序
参数提交按钮
重置按钮
电子密度优
化的程序
模型构建的程序
任务数目
单个任务的平
均耗时(预测)
所有任务的总
耗时(预测)
检查输入信息
返回上一层菜单
提交任务,开始运算
任务提交成功
结果输出界面,从左至右依次是:
(1)重原子搜索的分辨率
(2)相位计算的分辨率
(3)空间群
(4)需要搜索的重原子数目
(5)实际搜索到的重原子数目
(6)重原子搜索和相位计算的程序
(7)电子密度计算的程序
(8)模型构建的程序
(9)FOM值
(10)重构后的原子数目
(11)Rfree值
(12)耗时
(13)文件下载链接
部分结果展示
Protein
A
B
C
Wavelength(Å)
2.70
0.98
0.98
High resolution cut (Å)
3.20
3.10
2.80
Spacegroup
P6122
C2221
P3221
173
257
643
1
1
2
S
Se
Se
20
1
29
Number of residues in
a molecules
Copies in asymmetry
unit
Heavy atom element
name
Maximum number of
heavy atom
A
Protein
Wavelength(Å)
High
resolution
cut (Å)
Spacegroup
Number of
residues in a
molecules
Copies in
asymmetry
unit
Heavy atom
element
name
Maximum
number of
heavy atom
A
2.70
3.20
P6122
173
1
S
20
Rwork/Rfree=24.30/28.91
B
Protein
Wavelength(Å)
High
resolution
cut (Å)
Spacegroup
Number of
residues in a
molecules
Copies in
asymmetry
unit
Heavy atom
element
name
Maximum
number of
heavy atom
B
0.98
3.10
C2221
257
1
Se
1
Rwork/Rfree=27.39/32.42
C
Protein
Wavelength(Å)
High
resolution
cut (Å)
Spacegroup
Number of
residues in a
molecules
Copies in
asymmetry
unit
Heavy atom
element
name
Maximum
number of
heavy atom
C
0.98
2.80
P3221
643
2
Se
29
Rwork/Rfree=20.83/24.40
成像中心软件介绍
结构照明超高分
辨率荧光显微镜
荧光分子和荧光染料。比如微生物、脊椎动物细胞、
组织切片甚至整个胚胎等,在对微管和肌动蛋白的观
察中可以解析到单根微管纤维。
Soft Worx
http://www.api.co
m/softworx.asp
Delta Vision
http://www.api.co
m/softworx.asp
Streptococcus Cells (链球菌)
成像中心软件介绍
场发射低温透射
电镜
低温透射电镜技术可观察快速冷冻的液体样品和经冷
冻切片的含水样品,提供处于溶液环境中的大分子、
大分子复合物、囊泡、细胞器、胶束等颗粒的图像。
Appion
( EMAN, IMOD,
XMIPP, Chimera…)
Xplore3d,
ImageJ …
兔出血症病毒高分辨率图像(6.5Å)
成像中心软件介绍
双束扫描电镜
Auto slice and
view
Amira
http://www.vsg3d.com/ami
ra/overview
可以进行二次电子形貌分析和背散射电子衬度成像分
析。
成像中心软件介绍
图像渲染软件
Amira
http://www.vsg3d.com/ami
ra/overview
Mouse thorax.
Mouse thorax.
Imaris
http://www.bitplane.com/i
maris
vesicle
参数计算服务器
http://zjliulab.ibp.ac.cn/
Crystal Cloud - HT Crystallography Tool Box
Data analysis system
http://159.226.118.93/data_ana/phpweb/
2: Data analysis system
OUTPUT
INPUT
Space Group
Cell Parameters
Jobname
Number of Copies in ASU
X-ray Wavelength
Heavy Atom Type
Guess Heavy Atom Sites
<2min
Number of residues in ASU
Low Resolution
High Resolution
Sca File
Heavy Atom Element Name
Sequence File
Heavy Atom Sites
d"/sig(d")
Solvent Content
F Prime
F Double Prime
Example
BACK
2: Data analysis system

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