使用SignalP对蛋白序列进行信号肽预测

来源：陈连福的生信博客评论10,633

1. 信号肽简介

信号肽是蛋白质N-末端一段编码长度为5-30的疏水性氨基酸序列，用于引导新合成蛋白质向通路转移的短肽链。信号肽存在于分泌蛋白、跨膜蛋白和真核生物细胞器内的蛋白中。

信号肽指引蛋白质转移的方式有两种：（1）常规的分泌（Sec/secretory）通路；（2）双精氨酸转移（Tat/twin-arginine）通路。前者存在于原核生物蛋白质转移到质膜过程中，以及真核生物蛋白质转移到内质网膜的过程中。后者存在于细菌、古菌、叶绿体和线粒体中，信号肽序列较长、疏水性较弱且尾部区含有两个连续精氨酸。相比于前者转运非折叠蛋白质，后者能转运折叠蛋白质跨越双层脂质膜 。

信号肽指引蛋白质转运后，将由信号肽酶进行切除。信号肽酶有三种：（1）一型信号肽酶（SPaseI）；（2）二型信号肽酶（SPaseII）；（3）三型信号肽酶（SPaseIII）。大部分信号肽由SPaseI进行移除，SPaseI存在古菌、细菌和真核生物中，且在真核生物的内质网膜上仅存在一型信号肽酶。细菌和古菌脂蛋白的信号肽C端含有一段称为 lipobox 的保守区域，由SPaseII切除其信号肽，且lipobox紧邻切除位点（CS/Cleavage Site）的氨基酸是半胱氨酸，这和锚定到膜的功能是相关的。细菌的四型菌毛蛋白信号肽由SPaseIII进行切除。此外：分泌通路（Sec）相关信号肽能由SPaseI、SPaseII和SPaseIII切除，但是双精氨酸转移（Tat）通路相关信号肽仅由 SPaseI和SPaseII切除。

使用SignalP 5.0能对原核生物的信号肽Sec/SPI、Sec/SPII和Tat/SPI，和对真核生物仅含有 Sec/SPI信号肽进行预测 。 SignalP 5.0目前不能对Tat/SPII进行预测。此外，由于没有足够大的数据进行训练，SignalP 5.0 也不能对Sec/SPIII进行分析。

SignalP是最为常用的信号肽分析软件，常用于分泌蛋白预测的第一步。到目前2019年4月，SignalP版本到了第5版。第一版本基于人工神经网络（Artificial Neural Network）；第二版本引入隐马尔科夫模型（Hidden Markov Models）；第三版本改进切除位点（Cleavage site）预测方法；第四版本改进对信号肽和跨膜螺旋的区分能力。这四个版本仅能对Sec/SPI类型的信号肽进行预测。而第五版本结合了深度神经网络（deep neural network）、条件随机分类（Conditional random field classification）和迁移学习（transfer learning）方法，能对信号肽进行更准确的预测。

可以使用SignalP网页工具进行分析。但一次仅支持最多5000条序列。以下讲解本地化运行SignalP软件。

2. SignalP软件下载和安装

# 需要填写edu邮箱和相关信息来获取下载地址
$ wget http://www.cbs.dtu.dk/download/6B91F6BC-5A05-11E9-8172-2ED6B9CD16B5/signalp-5.0.Linux.tar.gz -P ~/software/
$ tar zxf /home/train/software/signalp-5.0.Linux.tar.gz -C /opt/biosoft/
$ echo 'PATH=$PATH:/opt/biosoft/signalp-5.0/bin' >> ~/.bashrc
$ source ~/.bashrc

3. SignalP软件使用

对真核生物的全基因组蛋白序列进行信号肽预测：
$ signalp -batch 30000 -org euk -fasta proteins.fasta -gff3 -mature
signalp命令的参数：

-batch <int>    default: 10000
    程序并行化运行的序列条数。程序能多线程运行，速度很快。推荐设置该参数值大于FASTA文件的序列总条数，虽然增加内存消耗，但能加快程序运行。
-org <string>    default: euk
    设置分析的物种类型。该参数值有4种：arch，古菌；gram+，革兰氏阳性细菌，gram-，革兰氏阴性细菌；euk，真核生物。
-fasta <string>
    输入FASTA格式的蛋白序列文件。
-prefix <string>
    设置输出文件前缀。默认在程序运行目录下输出结果文件，和输入文件名的前缀相同，后缀为_summary.signalp5。
-gff3
    添加该参数，输出GFF3格式的信号肽预测结果。
-mature
    添加该参数，对含有信号肽的蛋白序列，切除信号肽后输出其成熟蛋白序列。可以用于下游的跨膜区分析。
-tmp <string>    default: /tmp
    设置临时文件夹路径。
-format <string>    default: short
    设置输出格式。该参数值有两个：short，仅输出一个信号肽预测的整合文本结果；long，额外输出每条序列的各位点预测文本结果和图片结果； 
-plot <string>    default: png
    设置输出图片结果的类型。当--format参数为long时，该参数生效。该参数值有三个：png；eps；none表示仅得到表格文件。
-version
    打印程序版本并退出。

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