1、生命科學(xué)與技術(shù)學(xué)院國際一流水平研究生課程簡介課程名稱：生物信息學(xué)課程代碼：170.600課程類型：一級(jí)學(xué)科基礎(chǔ)課 二級(jí)學(xué)科基礎(chǔ)課 其它： 考核方式： 考試 教學(xué)方式：講授適用專業(yè)：生物信息技術(shù)、生物技術(shù)、生物科學(xué)、生物醫(yī)學(xué)工程適用層次： 碩士 博士開課學(xué)期： 秋 總學(xué)時(shí)：32學(xué)分：2先修課程要求：無課程組教師姓名職 稱專 業(yè)年 齡學(xué)術(shù)方向周艷紅（負(fù)責(zé)人）教授生物信息46生物序列分析薛宇教授生物信息32蛋白質(zhì)共價(jià)修飾郭安源教授生物信息32復(fù)雜疾病調(diào)控網(wǎng)絡(luò)課程負(fù)責(zé)教師教育經(jīng)歷及學(xué)術(shù)成就簡介：1. 周艷紅，博士，教授，博導(dǎo)。1986獲華中理工大學(xué)機(jī)械制造專業(yè)學(xué)士學(xué)位，1989獲華中理工大學(xué)工學(xué)碩士學(xué)

2、位，1989-1998年留校機(jī)械工程學(xué)院1997獲華中理工大學(xué)工學(xué)博士學(xué)位，1999.12000.12美國哈佛大學(xué)公共衛(wèi)生學(xué)院博士后，2001.12001.10美國密蘇里大學(xué)計(jì)算機(jī)學(xué)院訪問研究，2001.112002.2美國國家基因資源中心訪問研究，2002現(xiàn)在，華中科技大學(xué)計(jì)算機(jī)學(xué)院（專業(yè)方向：生物信息技術(shù)），2004現(xiàn)在，華中科技大學(xué)生命科學(xué)與技術(shù)學(xué)院（專業(yè)方向：生物信息技術(shù)）。主要從事的研究領(lǐng)域?yàn)樯镄畔⒓夹g(shù)及其生物醫(yī)學(xué)研究中的應(yīng)用，涉及基因組、轉(zhuǎn)錄組、蛋白質(zhì)組相關(guān)信息的挖掘與利用，包括：基因及其表達(dá)調(diào)控、蛋白質(zhì)結(jié)構(gòu)與相互作用、基因功能及其與疾病相關(guān)性等的分析預(yù)測與實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證等。2002年

3、以來主持國家自然科學(xué)基金等項(xiàng)目10余項(xiàng)發(fā)表論文60余篇，出版專著1部，獲軟件著作版權(quán)7項(xiàng)，入選教育部新世紀(jì)優(yōu)秀人才、湖北省青年杰出人才，獲部級(jí)科技進(jìn)步一等獎(jiǎng)2項(xiàng)、二等獎(jiǎng)1項(xiàng)。2. 薛宇，博士，教授，博導(dǎo)。2002.7獲中國科學(xué)技術(shù)大學(xué)高分子科學(xué)與工程學(xué)士學(xué)位，2003.7獲中國科學(xué)技術(shù)大學(xué)計(jì)算機(jī)科學(xué)與技術(shù)雙學(xué)士學(xué)位，2007.1獲中國科學(xué)技術(shù)大學(xué)細(xì)胞生物學(xué)博士學(xué)位，2007.1-2007.7中國科學(xué)技術(shù)大學(xué)任研究助理，2007.7-2009.7中國科學(xué)技術(shù)大學(xué)生命科學(xué)學(xué)院系統(tǒng)生物學(xué)系任副教授，2009.7-現(xiàn)在，華中科技大學(xué)生命科學(xué)與技術(shù)學(xué)院。研究領(lǐng)域?yàn)榈鞍踪|(zhì)共價(jià)修飾的生物信息學(xué)，蛋白質(zhì)-蛋白

4、質(zhì)相互作用網(wǎng)絡(luò)的預(yù)測與重構(gòu)，計(jì)算比較基因組學(xué)，以及功能位點(diǎn)的分子進(jìn)化等。主持及參與研究多項(xiàng)國家自然科學(xué)基金項(xiàng)目、中科院項(xiàng)目和科技部重大研究計(jì)劃項(xiàng)目發(fā)表SCI期刊重要論文30多篇，SCI他引500次，獲專利1項(xiàng)，軟件著作權(quán)4項(xiàng)，2008獲“中國科學(xué)院優(yōu)秀博士論文”獎(jiǎng)。3. 郭安源，博士，教授，博導(dǎo)。2002年畢業(yè)于南開大學(xué)，獲生物化學(xué)學(xué)士學(xué)位，2007年畢業(yè)于北京大學(xué)，獲生物信息學(xué)博士學(xué)位，2007.9-2009.9 在美國弗吉尼亞聯(lián)邦大學(xué)和范德堡大學(xué)進(jìn)行博士后研究，2009.10-現(xiàn)在 華中科技大學(xué)生命科學(xué)與技術(shù)學(xué)院。研究領(lǐng)域包括生物信息學(xué)和系統(tǒng)生物學(xué)在復(fù)雜疾病中的研究，包括大規(guī)模實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)的分

5、析和整合，疾病基因篩選，從蛋白質(zhì)相互作用和網(wǎng)絡(luò)通路等方面研究復(fù)雜疾病的分子機(jī)理；比較基因組學(xué)研究，不同基因組信息的比較以及特定基因和基因家族的起源進(jìn)化；生物信息學(xué)數(shù)據(jù)庫構(gòu)建和在線分析工具設(shè)計(jì)。博士期間曾參與研究多項(xiàng)國家自然科學(xué)基金項(xiàng)目以及國家863計(jì)劃和973計(jì)劃子項(xiàng)目發(fā)表SCI期刊重要論文20多篇，其中單篇SCI被引用近百次。課程教學(xué)目標(biāo)：1. 介紹生物信息學(xué)研究的主要內(nèi)容與基本方法，使學(xué)生了解學(xué)科發(fā)展現(xiàn)狀與趨勢，培養(yǎng)學(xué)生分析問題與解決問題的能力；2. 介紹生物信息學(xué)方面的一些重要資源及其使用方法，使學(xué)生掌握運(yùn)用生物信息學(xué)成果解決生命科學(xué)相關(guān)問題的基本方法與途徑。課程大綱：第一章 緒論1.1

6、 生物信息學(xué)的發(fā)展背景1.2 生物信息學(xué)及其研究意義1.3 生物信息學(xué)的主要內(nèi)容1.4 生物信息學(xué)的學(xué)科特點(diǎn) 第二章 分子生物學(xué)數(shù)據(jù)庫2.1 DNA、RNA與蛋白質(zhì)序列數(shù)據(jù)庫2.2 蛋白質(zhì)結(jié)構(gòu)數(shù)據(jù)庫2.3 基因與蛋白質(zhì)表達(dá)數(shù)據(jù)庫2.4 蛋白質(zhì)相互作用數(shù)據(jù)庫2.5 數(shù)據(jù)庫檢索第三章 雙序列比對3.1序列比對的數(shù)學(xué)基礎(chǔ)3.2 動(dòng)態(tài)規(guī)劃算法介紹3.3 打分矩陣及其含義3.4 序列比對的顯著性檢驗(yàn)3.5 同源序列搜索第四章 多序列比對4.1漸進(jìn)方法4.2 迭代方法4.3 部分有向圖算法4.4 全局多序列比對的隱馬爾科夫模型4.5 整合算法第五章 序列模式識(shí)別5.1 蛋白質(zhì)序列模式簡介5.2 預(yù)測性能檢

7、驗(yàn)5.3 位點(diǎn)特異性打分矩陣/權(quán)重矩陣模型5.4 模體發(fā)現(xiàn)：Gibbs Sampler等5.5 馬爾科夫及隱馬爾科夫模型第六章 分子進(jìn)化與系統(tǒng)發(fā)育分析6.1 分子進(jìn)化與系統(tǒng)發(fā)育樹的基本概念6.2 密碼子偏好及相應(yīng)分析6.3 氨基酸序列的進(jìn)化演變6.4 DNA序列的進(jìn)化演變6.5 同義與非同義的核苷酸替代6.6 系統(tǒng)發(fā)育樹的構(gòu)建第七章 基因組分析7.1 基因組結(jié)構(gòu)注釋的目標(biāo)與內(nèi)容7.2 基于同源信息的基因結(jié)構(gòu)注釋方法7.3 基于統(tǒng)計(jì)建模的基因結(jié)構(gòu)預(yù)測方法7.4 人類基因組基因結(jié)構(gòu)注釋過程與主要結(jié)果7.5 基因組結(jié)構(gòu)注釋相關(guān)工具與資源第八章 蛋白質(zhì)結(jié)構(gòu)分析8.1 蛋白質(zhì)結(jié)構(gòu)概述8.2 蛋白質(zhì)結(jié)構(gòu)數(shù)

8、據(jù)的獲取、顯示與分析8.3 結(jié)構(gòu)比對8.4 蛋白質(zhì)分類數(shù)據(jù)庫CATH與SCOP8.5 蛋白質(zhì)結(jié)構(gòu)預(yù)測的基本方法8.6 蛋白質(zhì)結(jié)構(gòu)預(yù)測的相關(guān)工具與資源高通量DNA測序技術(shù)及其分析9.1 DNA測序技術(shù)的發(fā)展9.2 第二代高通量測序技術(shù)的原理9.3 DNA測序序列的組裝9.4 轉(zhuǎn)錄組和表達(dá)譜數(shù)據(jù)的分析9.5 基因集富集和功能網(wǎng)絡(luò)分析教材：生物信息學(xué)：序列與基因組分析，作者David M. Mount（美），曹志偉 編譯, 科學(xué)出版社，2006-10.主要參考書：1.生物序列分析，蛋白質(zhì)和核酸的概率論模型，作者R.Durbin等（美），清華大學(xué)出版社，2002-01本課程達(dá)到國際一流水平研究生課程水

9、平的標(biāo)志：師資方面：本課程的三位任課教師都是從事生物信息技術(shù)方面前沿研究的學(xué)者，對領(lǐng)域的現(xiàn)狀和發(fā)展前景有較好的把握和前瞻性，具備了促使本課程達(dá)到國際一流水平研究生課程水平的基本條件。教學(xué)內(nèi)容方面：本課程充分參考了美國麻省理工學(xué)院 (MIT) 全球公開課Foundations of Computational and Systems Biology的講義和授課方式，講授生物信息技術(shù)領(lǐng)域的基本知識(shí)，緊扣本領(lǐng)域的前沿科學(xué)問題，授課內(nèi)容與國際一流水平研究生課程相似。教學(xué)方式方面：本課程以全球發(fā)行、國際水平的教科書為基礎(chǔ)，參考MIT全球公開課的授課方式，結(jié)合三位任課教師的實(shí)際科研工作經(jīng)歷和經(jīng)驗(yàn)，從而實(shí)現(xiàn)

10、生動(dòng)、活潑的教學(xué)方式。教材方面：本課程以美國學(xué)者David M. Mount編著、全球發(fā)行的教科書生物信息學(xué)：序列與基因組分析為基本教材，與國際接軌。其它：Syllabus of World-class Graduate Courses in College of Life Science and TechnologyCourse Name:BioinformaticsCourse Code：170.600Course Type： Fundamental Course for 1st Level Disciplines Fundamental Course for 2nd Level Disc

11、iplines Others： Assessment: Examination Teaching Format: LectureFor Majors：Bioinformation, Biotechnique, Bioscience, Biomedical engineeringLevel： MSc PhDSemester： AutumnCredit Hours：32Credits：2Prerequisite Courses: NoneTeachersTitlesMajorAgeResearch InterestsYanhong ZhouProf.Bioinformatics46Sequence

12、 analysisYu XueProf.Bioinformatics32Covalent modificationAnyuan GuoProf.Bioinformatics32Complex networks of diseasesCV of the Course Principal Instructor: 1. Yanhong Zhou, Ph.D., Professor, Principal investigator. 1986, achieved a bachelor degree of mechanical manufacturing in HUST; 1989, achieved t

13、he master degree in HUST; 1989-1998, working in HUST as a research assistant, assistant professor and associate professor; 1997, achieved the Ph.D. degree in HUST; 1999.12000.12, post-doctoral research in Harvard; 2001.12001.10, visiting scholar in University of Missouri, U.S.A. His major research i

14、nterests are focused on bioinformation with its application in biomedical studies, such as the data mining of genome, transcriptome, and proteome. He has published more than 60 papers. 2. Yu Xue, Ph.D., Professor, Principal investigator. 2002.7, achieved a bachelor degree of polymer science and tech

15、nology in USTC; 2003.7, achieved the secondary bachelor degree of computer science and technique in USTC; 2007.1, achieved the Ph.D. degree of cell biology in USTC; 2007.1-2009.7, working in USTC as a research assistant, and associate professor; His major research interests are focused on computatio

16、nal analysis of post-translational modifications in proteins. He has published more than 30 papers. 3. An-Yuan Guo, Ph.D., Professor, Principle investigator. He achieved Ph.D. degree in 2007 from Peking University in bioinformatics. In 2007-2009, he did postdoctoral research work at Virginia Commonw

17、ealth University and Vanderbilt University in US. From 2009.10, he worked at HUST as a bioinformatics professor. His research involves in many fields of bioinformatics, including data integration, database construction, disease candidate gene selection, protein interaction, miRNA regulation and func

18、tional networks in complex diseases, as well as comparative genomics and evolutionary analysis. He had published more than 20 papers in SCI journals, which have been cited by more than 300 times. Course Objectives：1. Introduce the major contents and fundamental approaches in the field of bioinformat

19、ics, make students to learn the current progress and perspective of this field, and help students to learn how to analyze and solve related problems;2. Introduce the major resources with their usage for students, and help them to learn how to use bioinformatic techniques for analyzing basic question

20、s in life science. Course Outline：Chapter 1 Introduction1.1 The history of Bioinformatics1.2 Bioinformatics and itssignificance 1.3 Research content of bioinformatics 1.4 Characteristics of bioinformatics Chapter 2 Bioinformatics databases2.1 DNA, RNA and protein databases 2.2 Protein structure data

21、bases 2.3 Gene and protein expression databases2.4 Protein-protein interaction databases 2.5 Database search and data retrieveChapter 3 Sequence alignment 3.1 Maths of sequence alignment 3.2 Dynamic programming algorithm 3.3 Scoring matrix 3.4 Significance test of sequence alignment 3.5 Homolog sequ

22、ence search Chapter 4 Multiple sequence alignment 4.1 Progressive approach 4.2 Iteration approach 4.3 Partial ordered graph algorithm 4.4 HMM of global multiple sequence alignment 4.5 Integrated approach Chapter 5 Motif finding 5.1 Introduction to protein motif 5.2 Test of prediction accuracy5.3 PSS

23、M and Weight scoring matrix 5.4 Motif finding: Gibbs Sampler etc.5.5 Hidden markov model Chapter 6 Molecular evolution and Phylogenetics 6.1 Basic of molecular evolution 6.2 Codon usage 6.3 Evolutionary model of amino acids6.4 Evolutionary model of DNA sequence6.5 Synonymous and non-synonymous subst

24、itution 6.6 Construction of Phylogenetics tree Chapter 7 Genome analysis 7.1 Genome structure annotation 7.2 Gene prediction based on homologs 7.3 Gene prediction based on statistics7.4 Gene prediction in human genome7.5 Tools and resources about gene prediction Chapter 8 Protein structure analysis8

25、.1 Introduction to protein structure 8.2 Data retrieve, display about protein structure 8.3 Structure alignment8.4 Protein classification database CATH and SCOP8.5 Methods in protein structure prediction 8.6 Tools and resources in protein structure prediction Chapter 9 High-throughput DNA sequencing

26、 and analysis 9.1 The history of DNA sequencing 9.2 The principle of high-throughput DNA sequencing technology 9.3 Sequence assembly 9.4 Transcriptome and expression data analysis 9.5 Gene set enrichment and functional network analysis Textbook：Bioinformatics：Sequence and genome analysis，David M. Mount（US）, David Mount, Science print，2006-10. References：1.Biological sequence analysis, probabilistic models of protein and DNA ，R.Durbin et. Al. ，清華大學(xué)出版社，2002-01Features as a World-class Graduate Course:1. Teacher