1、生物信息學(xué)教學(xué)大綱授課時(shí)間：第6學(xué)期，講授36學(xué)時(shí)，上機(jī)實(shí)驗(yàn)18學(xué)時(shí)。第1章 生物信息學(xué)概論1.1 生物信息學(xué)的概念和發(fā)展歷史1.1.1 生物信息學(xué)的定義1.1.2 生物信息學(xué)興起的生物學(xué)和計(jì)算機(jī)技術(shù)背景1.1.3 國內(nèi)外生物信息學(xué)發(fā)展歷史1.2 生物信息學(xué)的生物學(xué)基礎(chǔ) 1.2.1 分子生物學(xué)基礎(chǔ)1.2.2 基因組學(xué)基礎(chǔ)1.3 生物信息學(xué)的計(jì)算機(jī)和網(wǎng)絡(luò)基礎(chǔ)1.3.1 計(jì)算機(jī)硬件平臺(PC、MACINTOSH、Workstation、Supercomputer)1.3.2 計(jì)算機(jī)操作系統(tǒng)（WINDOWS、MAS OS、UNIX/LINUX）1.3.3 數(shù)據(jù)庫技術(shù)1.3.4 計(jì)算機(jī)算法1.3.5

2、計(jì)算機(jī)編程語言(C+, VB, PERL, HTML, XML)1.3.6 網(wǎng)絡(luò)技術(shù)（WWW、FTP、BBS、EMAIL、）1.4 生物信息學(xué)的數(shù)學(xué)基礎(chǔ)1.4.4 離散數(shù)學(xué)1.4.2 概率論與數(shù)理統(tǒng)計(jì)1.4.3 人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)1.4.4 數(shù)據(jù)挖掘1.5 生物信息學(xué)的產(chǎn)業(yè)化1.5.1 生物信息學(xué)的產(chǎn)業(yè)化1.5.2 國內(nèi)外生物信息學(xué)公司和著名產(chǎn)品簡介1.6 生物信息學(xué)研究內(nèi)容和發(fā)展前景展望1.6.1生物信息學(xué)的主要研究內(nèi)容1.6.2 后基因組時(shí)代生物信息學(xué)的研究方向1.6.3 生物信息學(xué)的發(fā)展前景第2章 分子生物學(xué)數(shù)據(jù)庫2.1 生物學(xué)數(shù)據(jù)庫概述2.1.1 數(shù)據(jù)庫的分類2.1.2 數(shù)據(jù)格式2.1.3數(shù)

3、據(jù)庫的冗余與偏誤2.2 核苷酸序列與基因組數(shù)據(jù)庫 2.2.1 GenBank數(shù)據(jù)庫與ENTREZ網(wǎng)絡(luò)服務(wù)（2.1.1 1 GenBank序列數(shù)據(jù)庫簡介, 一級和二級數(shù)據(jù)庫, 數(shù)據(jù)庫格式 數(shù)據(jù)庫, 剖析GenBank Flatfile）2.2.2 EMBL核苷酸序列庫與EBI網(wǎng)絡(luò)服務(wù)2.2.3 DDBJ數(shù)據(jù)庫2.2.4密碼子使用與核苷酸信號數(shù)據(jù)庫2.2.5基因組序列數(shù)據(jù)庫GSDB2.2.6人類基因組數(shù)據(jù)庫GDB2.2.7模式生物基因組數(shù)據(jù)庫MGD、ECDC、NRSub2.2.8基因組的圖形交互顯示和檢索、瀏覽工具資源2.3 蛋白質(zhì)序列

4、與模式、同源性數(shù)據(jù)庫 2.3.1蛋白質(zhì)序列數(shù)據(jù)庫PIR-International2.3.2蛋白質(zhì)序列數(shù)據(jù)庫SWIIS-PROT2.3.3 蛋白質(zhì)家族分類數(shù)據(jù)庫2.3.4蛋白質(zhì)基序與結(jié)構(gòu)域數(shù)據(jù)庫（ Prosite、Blocks、PRINTS和SBASE數(shù)據(jù)庫）2.4 結(jié)構(gòu)數(shù)據(jù)庫2.4.1結(jié)構(gòu)數(shù)據(jù)庫簡介2.4.2 PDB：Brookhaven國家實(shí)驗(yàn)室蛋白質(zhì)數(shù)據(jù)庫2.4.3 MMDB：NCBI的分子建模數(shù)據(jù)庫2.4.4 結(jié)構(gòu)文件格式2.4.5 結(jié)構(gòu)信息顯示2.4.6 數(shù)據(jù)庫結(jié)構(gòu)瀏覽器2.5 基因和分子的互作和代謝途徑信息數(shù)據(jù)庫2.5.1基因和基因組百科全書數(shù)據(jù)庫KEGG2.5.2 E.coliK

5、-12基因組和代謝途徑數(shù)據(jù)庫2.5.3 E.coli基因及其產(chǎn)物的數(shù)據(jù)庫GenProtEC2.5.4果蠅的遺傳和分子數(shù)據(jù)的數(shù)據(jù)庫FlyBase 2.6 RNA核苷酸序列數(shù)據(jù)庫2.6.1 18S RNA2.6.2 28S RNA2.6.3 5S RNA2.6.4 Mt rna2.7 線粒體DNA數(shù)據(jù)庫2.7.1 MITOMAP2.7.2 MmtDB 2.8 免疫球蛋白、T細(xì)胞受體、MHC的整合數(shù)據(jù)庫lMGT 2.9 突變數(shù)據(jù)庫 2.10 放射雜交作圖數(shù)據(jù)庫Rhdb 2.11 限制酶數(shù)據(jù)庫REBASE與分子探針數(shù)據(jù)庫MPOB 2.12 其它遺傳學(xué)與分子生物學(xué)資源2.13 數(shù)據(jù)庫中存在的問題及使用注

6、意事項(xiàng)第3章 序列比對與數(shù)據(jù)庫檢索 3.1 序列比對概述3.1.1序列比對的概念和進(jìn)化理論基礎(chǔ)3.1.2序列比對的分類(雙序列比對和多序列比對)3.2 雙序列比對3.2.1 Needleman-Wunsch 算法3.2.2 Smith-Waterman 算法3.2.3 Karlin-Altchul 統(tǒng)計(jì)方法3.2.4 替換矩陣 ( 替換矩陣的一般原理； PAM 氨基酸替換矩陣； BLOSUM 氨基酸替換矩陣； DNA 替換矩陣) 3.2.5相似性得分、取代罰分與空位（Gap）罰分3.3 比對的統(tǒng)計(jì)學(xué)顯著性3.3.1 Monte Carlo

7、仿真法 3.3.2 BLAST得分顯著性的Karlin-Altschul公式 3.3.3局部配準(zhǔn)的統(tǒng)計(jì)顯著性3.3.4短序列配準(zhǔn)的顯著性評價(jià)3.3.5核酸序列比較的顯著性評價(jià)3.4 多序列比對 3.4.1多序列比對的算法 3.4.2 DNA多序列比對及其常用軟件 3.4.3 蛋白質(zhì)多序列比對及其常用軟件3.5數(shù)據(jù)庫搜索 3.5.1 BLAST：核酸數(shù)據(jù)庫搜索3.5.2 BLAST：蛋白質(zhì)數(shù)據(jù)庫搜索3.5.3 FASTA：另一種搜索策略3.5.4 有空位對準(zhǔn)的BLAST程度與位置特異的迭代BLAST程序3.6基因組長序列比對 第3章 DNA序列的統(tǒng)計(jì)學(xué)與信息學(xué)分析 3.1單一序列的組成、關(guān)聯(lián)性與

8、信息學(xué)分析3.1.1 堿基組成3.1.2 堿基相鄰頻率3.1.3同向與反向重復(fù)序列分析3.1.4 DNA 序列的幾何學(xué)分析Z 曲線3.1.5核苷酸序列的長程相關(guān)與非線性方法3.1.6長程互作對DNA的結(jié)構(gòu)和可變性的作用3.1.7重復(fù)對熵的影響3.1.8編碼片段的相互信息3.1.9 DNA序列的模式結(jié)構(gòu)3.1.10 語言學(xué)復(fù)雜性測度3.1.11 非編碼區(qū)（“Junk”DNA）基因組序列 3.2 密碼子指紋與密碼子使用偏好性分析3.2.1單、雙核苷酸的相對豐度和基因組指紋分析3.2.2密碼子頻率和密碼子指紋3.2.3基因間和基因類間的異質(zhì)性 3.3編碼DNA片段的長度與GC含量 3.4重疊基因的信

9、息論問題3.7 功能相關(guān)基因在兩個(gè)基因組間或內(nèi)部的聚類關(guān)系 3.7.1基因組比較與基于功能組成的物種間的比較3.7.2兩個(gè)細(xì)菌基因組間或內(nèi)部的聚類關(guān)系3.8 真核生物的基因表達(dá)調(diào)控（表達(dá)促進(jìn)網(wǎng)絡(luò)）3.8.1相對同義密碼子使用值與密碼子適應(yīng)指數(shù)3.8.2信息聚類方法與自身一致信息聚類3.8.3堿基組成及相關(guān)性與基因表達(dá)的關(guān)系 第4章 核酸序列的信號和功能識別4.1 固定序列模式檢索4.2 短寡聚核苷酸序列的隨機(jī)出現(xiàn)機(jī)率4.3 編碼區(qū)DNA寡聚體出現(xiàn)頻率4.5 蛋白質(zhì)基因識別4.5.1開放閱讀框架分析4.5.2編碼區(qū)識別堿基組成偏歧法密碼子使用法密碼子偏歧

10、法4.5.3基因識別GenLang基因識別GRAIL基因識別4.5.4基因識別的一些相關(guān)程序發(fā)現(xiàn)和屏蔽重復(fù)序列相似性與標(biāo)紋數(shù)據(jù)庫搜索整合的基因識別序列片段的編碼區(qū)分析其它功能信號識別4.4 核酸序列的特殊信號檢索4.4.1基準(zhǔn)序列頻率表和權(quán)值矩陣法4.4.2啟動子分析4.4.3內(nèi)含子/外顯子剪接位點(diǎn)識別4.4.4 翻譯起始位點(diǎn)和翻譯終止位點(diǎn)識別 4.6 編碼序列翻譯4.7限制性酶作圖4.7.1限制性酶位點(diǎn)尋找4.7.2 繪制限制酶作圖4.8 PCR引物和寡核苷酸探針設(shè)計(jì)4.8.1 引物設(shè)計(jì)（4.8

11、.1.1 PCR引物的類型和一般要求; 通用 PCR引物設(shè)計(jì)方法; 特異性PCR引物設(shè)計(jì)方法; 從蛋白質(zhì)序列設(shè)計(jì)簡并引物; OLIGO6和PRIMER PREMIER 軟件使用）4.8.2 用于檢測相關(guān)基因的簡并探針設(shè)計(jì)第5章 RNA序列分析與結(jié)構(gòu)預(yù)測5.1 RNA標(biāo)紋識別和局部結(jié)構(gòu)配對5.1.1信號搜索：概率方法5.1.2信號搜集：模式匹配方法5.1.3 tRNA的二級結(jié)構(gòu)預(yù)測5.1.4 RNA序列的局部結(jié)構(gòu)配準(zhǔn) 第6章 蛋白質(zhì)序列分析與結(jié)構(gòu)預(yù)測方法6.1 多肽理化性質(zhì)計(jì)算與預(yù)測6.1.1 多肽分子量、等電點(diǎn)、電荷分布和酶切特征

12、預(yù)測6.1.2 多肽親水性/疏水性分析與制圖6.1.3 多肽抗原位點(diǎn)分析6.1.4 多肽6.2 蛋白質(zhì)家族與蛋白質(zhì)分類 6.2.1蛋白質(zhì)家族與超家族6.2.2 蛋白質(zhì)分類的方法（ Blocks分類方法加權(quán)特征標(biāo)紋分類方法 Profile方法）6.3蛋白質(zhì)序列模式和結(jié)構(gòu)域模式分析6.3.1基準(zhǔn)序列（序列模式）：標(biāo)紋、標(biāo)志、指紋和地點(diǎn)6.3.2序列結(jié)構(gòu)域與模式匹配方法頻率表方法權(quán)值矩陣法：Profile分析6.4蛋白質(zhì)結(jié)構(gòu)預(yù)測與分子設(shè)計(jì) 6.4.1蛋白質(zhì)結(jié)構(gòu)預(yù)測6.4.2蛋白質(zhì)二級結(jié)構(gòu)和和折疊類預(yù)測6.4.3三級結(jié)構(gòu)預(yù)測6.4.

13、3合理藥物分子設(shè)計(jì)第7章 核酸和蛋白質(zhì)序列的進(jìn)化分析7.1 分子系統(tǒng)發(fā)育概述7.2 系統(tǒng)發(fā)育模型的組成7.2 系統(tǒng)發(fā)育數(shù)據(jù)分析的一般步驟7.3 建立數(shù)據(jù)模型（比對）7.4 決定取代模型7.5 建樹方法 7.5.1 距離矩陣法(UPGMA,NJ) 7.5.2 最簡約法 7.5.3 極似然法7.6 進(jìn)化樹搜索7.7 確定樹根7.8 評估進(jìn)化樹和數(shù)據(jù)7.9 系統(tǒng)發(fā)育軟件(MEGA2, PAUP*, MACCLADE, PHYLIP)第8章 基因組測序與分析 8.1 DNA 測序與序列片段的拼接8.1.1 DNA 測序的一般方法8.1.2 DNA 測序策略( 從遺傳圖譜、物理圖譜到基因組

14、序列圖譜； 鳥槍測序法（shotgun sequencing）； 引物步查法（primer walking ）； 限制性酶切-亞克隆法（restriction endonuclease digestion and subcloning）8.1.3 序列片段的拼接方法8.2 編碼蛋白質(zhì)基因區(qū)域的預(yù)測8.2.1 從序列中尋找基因 ( 基因及基因區(qū)域預(yù)測； 發(fā)現(xiàn)基因的一般過程； 解讀序列)8.2.2基于編碼區(qū)特性的最長ORF 法等8.2.3 數(shù)據(jù)庫相似性搜索法8.2.4 神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)法8.2.5 隱馬爾可夫模型法（HMM

15、）8.3 基因組的比較8.3.1比較基因組學(xué)8.3.2 基因組多樣性8.3.3 基因組比較的方法8.4 人類基因組制圖與測序 8.4.1人類基因組制圖 (遺傳圖, 物理圖, 序列圖, 轉(zhuǎn)錄圖（表達(dá)圖）與cDNA文庫構(gòu)建)8.4.2 基因組遺傳圖的構(gòu)建方法 (檢測連鎖與估計(jì)重組率, 估計(jì)相對圖距和推測多位點(diǎn)測序, 2.2.1圖距與交叉干涉, 2.2.2推測多位點(diǎn)測序)8.5 基因組物理圖譜與測序 (克隆與克隆庫, 隨機(jī)克隆重疊構(gòu)圖)8.6錨定法作圖8.7檢測重疊的Bayes方法8.5.1重疊構(gòu)型8.5.2重疊檢測8.8由隨機(jī)克隆的指紋法組裝物理圖8.9用YAC克隆構(gòu)造人類基因組圖譜的策略設(shè)計(jì)8.10采用高冗余度的亞克隆庫8.11 Conting圖或克隆定序8.12 直接作圖法8.11有序鳥槍測序作圖的仿真分析8.14定位克隆的流水線鳥槍策略8.15放射雜交作圖和FISH作圖 第9章 功能基因組信息學(xué)9.1功能基因組信息學(xué)概述9.2 基因表達(dá)數(shù)據(jù)分析9.3第10章