FASTA格式

在生物信息学中，FASTA格式是一种用于记录核酸序列或肽序列的文本格式，其中的核酸或氨基酸均以单个字母编码呈现。该格式同时还允许在序列之前定义名称和编写注释。这一格式最初由FASTA软件包定义，但现今已是生物信息学领域的一项标准。

FASTA简明的格式降低了序列操纵和分析的难度，令序列可被文本处理工具和诸如Python、Ruby和Perl等脚本语言处理。

## 格式

FASTA格式中的一条完整序列，包含开头的单行描述行和多行序列数据。描述行行首前置半角大于号（“>”）以和数据行区分。“>”后紧接的内容为该序列的标识符，该行剩余部分则为序列的描述（标识符与描述均非必须）。“>”和标识符之间不应有空格，且建议将单行内容限制在80字符以内。序列的结束以下一条序列的“>”出现为标识。如下为FASTA评论区格式一条序列的示例：

```console
>gi|31563518|ref|NP_852610.1 关，瓦斯4 microtubule-associated proteins 1A/1B light chain 3A isoform b [Homo sapiens]
MKMRFFSSPCGKAAVDPADRCKEVQQIRDQHPSKIPVIIERYKGEKQLPVLDKTKFLVPDHVNMSELVKI
IRRRLQLNPTQAFFLLVNQHSMVSVSTPIADIYEQEKDEDGFLYMVYASQETFGFIRENE
```

上例中，“gi|31563518|ref|NP_852610.1|”是序列的名称。

## 历史

原版FASTA/Pearson格式定义出现在FASTA程序包的文档中。可随FASTA的任一免费版本下载（见fasta20.doc、fastaVN.doc或fastaVN.me，其中VN代表版本号）。

FASTA格式中的一条序列由多行文本组成，每一行的字符数均不能超过120字符，通常不推荐超过80字符。这一限制可能与软件为单行显示预分配固定大小内存有关：当时大部分的用户都使用DEC VT（或其兼容）终端，而这一终端单行支持显示的字符数上限在80到132个之间。大部分人会将他们的终端配置为字号较大的80字符模式，因此在FASTA中每行只包含80字符或更少（通常为70字符）成为了推荐的做法。此外，标准打印页的一行宽度也在70到80字符之间（取决于字体）。

FASTA文件的首行以一个“>”（大于号）或（分号，较不常见）起始，后者是一条注释。然而，后续以分号起始的各行却会被软件忽略。由于软件只会识别第一条注释，早期会在首行注释中编写序列摘要（以唯一的图书馆登录号起始）；但随时间推移，现在的常见做法是只使用“>”（包括首行），不再使用任何注释（因软件会忽略后者）。

在首行（用于唯一描述序列）之后，是以单字母标准编码表达的实际序列数据。有效编码以外的任何字符（包括空格、制表符、星号等）都会被忽略。在结尾以“*”（星号）以示序列结束亦是早期的一种常见做法（与PIR格式序列类似）；同样因为如上原因，描述和序列之间往往还会留有空行。

如下为一些序列文件的样例：

```console
;LCBO - Prolactin precursor - Bovine
; a sample sequence in FASTA format
MDSKGSSQKGSRLLLLLVVSNLLLCQGVVSTPVCPNGPGNCQVSLRDLFDRAVMVSHYIHDLSS
EMFNEFDKRYAQGKGFITMALNSCHTSSLPTPEDKEQAQQTHHEVLMSLILGLLRSWNDPLYHL
VTEVRGMKGAPDAILSRAIEIEEENKRLLEGMEMIFGQVIPGAKETEPYPVWSGLPSLQTKDED
ARYSAFYNLLHCLRRDSSKIDTYLKLLNCRIIYNNNC*

>MCHU - Calmodulin - Human, rabbit, bovine, rat, and chicken
ADQLTEEQIAEFKEAFSLFDKDGDGTITTKELGTVMRSLGQNPTEAELQDMINEVDADGNGTID
FPEFLTMMARKMKDTDSEEEIREAFRVFDKDGNGYISAAELRHVMTNLGEKLTDEEVDEMIREA
DIDGDGQVNYEEFVQMMTAK*

>gi|5524211|gb|AAD44166.1| cytochrome b [Elephas maximus maximus]
LCLYTHIGRNIYYGSYLYSETWNTGIMLLLITMATAFMGYVLPWGQMSFWGATVITNLFSAIPYIGTNLV
EWIWGGFSVDKATLNRFFAFHFILPFTMVALAGVHLTFLHETGSNNPLGLTSDSDKIPFHPYYTIKDFLG
LLILILLLLLLALLSPDMLGDPDNHMPADPLNTPLHIKPEWYFLFAYAILRSVPNKLGGVLALFLSIVIL
GLMPFLHTSKHRSMMLRPLSQALFWTLTMDLLTLTWIGSQPVEYPYTIIGQMASILYFSIILAFLPIAGX
IENY
```

多序列FASTA文件可由单序列FASTA文件字符串连接而成。这并不与FASTA文件要求首行可以或“>”起始的格式相冲突，因为只要后续所有序列都以“>”起始便可被软件视为不同序列（并推而广之要求序列定义行必须使用“>”）。所以，如上的示例在连接后即为合法的多序列文件。

## 描述行

描述行（定义行）或标题行以“>”开始，紧随着序列的名称和/或唯一标识符，除此还可包含其他信息。在过时的做法中，标题行有时可以有一条以上的标题，并以^A（Control-A）控制符分隔。

在原版的Pearson FASTA格式中，以分号起始的注释可在标题行之后出现。但一些遵守 NCBI FASTA规范的数据库和生物信息软件不会识别这些注释。如下为多序列FASTA文件的示例：

```console
>SEQUENCE_1
MTEITAAMVKELRESTGAGMMDCKNALSETNGDFDKAVQLLREKGLGKAAKKADRLAAEG
LVSVKVSDDFTIAAMRPSYLSYEDLDMTFVENEYKALVAELEKENEERRRLKDPNKPEHK
IPQFASRKQLSDAILKEAEEKIKEELKAQGKPEKIWDNIIPGKMNSFIADNSQLDSKLTL
MGQFYVMDDKKTVEQVIAEKEKEFGGKIKIVEFICFEVGEGLEKKTEDFAAEVAAQL
>SEQUENCE_2
SATVSEINSETDFVAKNDQFIALTKDTTAHIQSNSLQSVEELHSSTINGVKFEEYLKSQI
ATIGENLVVRRFATLKAGANGVVNGYIHTNGRVGVVIAAACDSAEVASKSRDLLRQICMH
```

### 序列表达

在标题行和注释之后，是由一行或多行构成的序列数据，其中每行的长度应短于80字符。序列可以是蛋白质序列或核酸序列，其中可以包含空白占位或比对用字符（见序列比对）。序列应以标准的IUB/IUPAC氨基酸和核酸编码表达，除以下例外：允许小写字母，并会被转作大写字母；一个半角连字符可表示一个空白字符；且在氨基酸序列中，U和*是合法字符（见下文）。标准中不允许数字，但部分数据库使用数字来表示序列的位置。

支持的核酸编码如下：

核酸编码｜含义｜辅助记忆

A｜A｜腺嘌呤（Adenine）

C｜C｜胞嘧啶（Cytosine）

G｜G｜鸟嘌呤（Guanine）

T｜T｜胸腺嘧啶（Thymine）

U｜U｜尿嘧啶（Uracil）

R｜A、G｜嘌呤（puRine）

Y｜C、T、U｜嘧啶（pYrimidines）

K｜G、T、U｜酮基（Ketones）

M｜A、C｜氨基（aMino）

S｜C、G｜强（Strong）结合力

W｜A、T、U｜弱（Weak）结合力

B｜非A（如C、G、T、U）｜A后为B

D｜非C（如A、G、T、U）｜C后为D

H｜非G（如A、C、T、U）｜G后为H

V｜非T非U（如A、C、G）｜U后为V

N｜A C G T U｜任意核酸（Nucleic acid）

不定长度空白占位符

支持的蛋白质序列编码（25条氨基酸和3条特殊编码）如下：

氨基酸编码｜含义

A｜丙氨酸（Alanine）

B｜天冬氨酸（Aspartic acid，D）或天冬酰胺（Asparagine，N）

C｜半胱氨酸（Cysteine）

D｜天冬氨酸（Aspartic acid）

E｜谷氨酸（Glutamic acid）

F｜苯丙氨酸（Phenylalanine）

G｜甘氨酸（Glycine）

H｜组氨酸（Histidine）

I｜异亮氨酸（Isoleucine）

J｜亮氨酸（Leucine，L）或异亮氨酸（Isoleucine，I）

K｜赖氨酸（Lysine）

L｜亮氨酸（Leucine）

M｜甲硫氨酸（Methionine）

N｜天冬酰胺（Asparagine）

O｜吡咯赖氨酸（Pyrrolysine）

P｜脯氨酸（Proline）

Q｜谷氨酰胺（Glutamine）

R｜精氨酸（Arginine）

S｜丝氨酸（Serine）

T｜苏氨酸（Threonine）

U｜硒半胱氨酸（Selenocysteine）

V｜缬氨酸（Valine）

W｜色氨酸（Tryptophan）

Y｜酪氨酸（Tyrosine）

Z｜谷氨酸（Glutamic acid，E）或谷氨酰胺（Glutamine，Q）

X｜任意

- ｜翻译终止

不定长度空白占位符

## 序列标识符

NCBI标准定义了标题行中序列唯一标识符（SeqID）的格式。在Formatdb的手册页中有写到：“formatdb可以自动地解析SeqID并创建索引，但在FASTA定义行中的数据库标识符必须遵守FASTA定义行格式的惯例。”

下表为NCBI FASTA定义行的格式（另见 "The NCBI Handbook", Chapter 16, The BLAST Sequence Analysis Tool）。

数据库｜格式

GenBank｜`gb&#124;''accession''&#124;''locus''`

EMBL Data Library｜`emb&#124;''accession''&#124;''locus''`

DDBJ, DNA Database of Japan｜`dbj&#124;''accession''&#124;''locus''`

NBRF PIR｜`pir&#124;&#124;''entry''`

Protein Research Foundation｜`prf&#124;&#124;''name''`

SWISS-PROT｜`sp&#124;''accession''&#124;''entry name''`

Brookhaven Protein Data Bank｜`pdb&#124;''entry''&#124;''chain''`

Patents｜`pat&#124;country&#124;number`

GenInfo Backbone Id｜`bbs&#124;number`

General database identifier｜`gnl&#124;database&#124;identifier`

NCBI Reference Sequence｜`ref&#124;accession&#124;locus`

Local Sequence identifier｜`lcl&#124;identifier`

上表中的管道符（“|”）并不是巴科斯范式中的分隔符，而是格式本身的一部分。多个标识符可以连接，同样使用管道符分隔。

### 压缩

FASTA文件的压缩需要特制的压缩工具来处理文件里所包含的两部分信息：标识符与序列。为获取更好的压缩率，压缩工具会将之分为两条独立的压缩流处理。例如使用上下文模型和数学编码进行无损压缩的MFCompress算法。

### 扩展名

包含FASTA格式序列的文本文件并无标准的扩展名。下表列出了各种扩展名及其含义。

扩展名｜含义｜备注

fasta (.fas)｜普通FASTA｜任意普通的FASTA文件。此类扩展名还有fa、seq、fsa。

fna｜核酸FASTA｜普遍用于表示核酸序列的FASTA文件。

ffn｜核酸编码区FASTA｜包含基因组编码区的FASTA文件。

faa｜氨基酸FASTA｜包含表示氨基酸序列的FASTA文件。含有多种蛋白质序列的FASTA文件还可使用更具体的mpfa扩展名。

frn｜非编码RNA FASTA｜包含以DNA字母编码表示的基因组非编码RNA区（如tRNA、rRNA）的FASTA文件。

## 外部链接

- What is FASTA Format? 什么是FASTA格式.
- HUPO-PSI Standard FASTA Format HUPO-PSI发表的另一种FASTA格式.
- Sequence ID (seqID) Fields in the FASTA Deflines of Sequences from NCBI FASTA定义行的格式.