生物信息學(xué)分析實踐

前言

　　隨著計算機科學(xué)、信息科學(xué)等飛速發(fā)展，一門以數(shù)據(jù)分析處理為本質(zhì)的新學(xué)科——生物信息學(xué)悄然興起，它融合了數(shù)學(xué)、生命科學(xué)、計算機信息科學(xué)等多門學(xué)科，至今已經(jīng)廣泛地滲透到科學(xué)研究的各個方面，成為一門用途極為廣泛的工具學(xué)科。核酸序列、蛋白質(zhì)序列的分析，以及各類生物學(xué)軟件和數(shù)據(jù)庫的應(yīng)用，已經(jīng)成為科研作者必備的基本技能。然而，由于擅長專業(yè)領(lǐng)域的不同，研究人員面對大量的生物學(xué)軟件及數(shù)據(jù)庫常無所適從。目前國內(nèi)外已有不少優(yōu)秀的生物信息學(xué)教材與專著，但大多數(shù)以理論為主，或側(cè)重于算法研究，或傾向于網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)庫介紹，對于數(shù)據(jù)實例分析實踐的專著尚不多見。為此，本書編寫的目的就是為不同專業(yè)背景的讀者提供一本實用的生物信息學(xué)分析入門書，讓讀者在實例分析的過程中，不僅學(xué)會工具軟件的操作使用，更能學(xué)會思考與解決科研問題。　　2008年夏，在福建農(nóng)林大學(xué)植物病毒研究所的倡議下，編著者通過基因酷等論壇，向在生物信息學(xué)及相關(guān)領(lǐng)域教學(xué)與科研第一線的人員發(fā)出邀請，希望他們加入《生物信息學(xué)分析實踐》編委會，共同編寫本書。很快，中國科學(xué)院遺傳與發(fā)育生物學(xué)研究所喬楠和劉林川、中國科學(xué)院南京地質(zhì)古生物研究所蓋永華、南京師范大學(xué)生命科學(xué)學(xué)院李鵬、西北農(nóng)林科技大學(xué)林文超、福建省出入境檢驗檢疫局沈建國、浙江省農(nóng)業(yè)科學(xué)院鹿連明、南方醫(yī)科大學(xué)郭玲等欣然同意共同編寫本書。本書由吳祖建、高芳鑾、沈建國擔任主編。

內(nèi)容概要

本書內(nèi)容主要包括生物信息學(xué)簡介、三大數(shù)據(jù)庫檢索、引物設(shè)計及測序結(jié)果分析、核酸序列分析、蛋白質(zhì)序列分析、蛋白質(zhì)空間結(jié)構(gòu)預(yù)測、系統(tǒng)發(fā)育分析、RNA分析、參考文獻管理。本書的一大特色在于豐富的實例和圖表，使讀者可以很直觀地了解和掌握書中的內(nèi)容。    本書取材新穎，實踐性強，是一本實用的生物信息學(xué)分析手冊與操作指南，適用于生命科學(xué)、農(nóng)學(xué)、醫(yī)學(xué)等相關(guān)專業(yè)學(xué)生使用，也可用于從事生物學(xué)相關(guān)的科研人員、教師參考使用。

書籍目錄

序前言第一章  生物信息學(xué)簡介  1.1  生物信息學(xué)基礎(chǔ)    1.1.1  什么是生物信息學(xué)    1.1.2  生物信息學(xué)的形成與發(fā)展    1.1.3  生物信息學(xué)的研究內(nèi)容  1.2  生物信息學(xué)應(yīng)用    1.2.1  生物信息學(xué)的熱點領(lǐng)域    1.2.2  信息技術(shù)與生物信息學(xué)第二章  數(shù)據(jù)庫檢索  2.1  綜合性數(shù)據(jù)庫NCBI    2.1.1  NCBI簡介    2.1.2  NCBI數(shù)據(jù)庫介紹    2.1.3  Entrez簡介    2.1.4  Entrez檢索實例  2.2  綜合性數(shù)據(jù)庫EMBL-EBI    2.2.1  EBI簡介    2.2.2  EBI數(shù)據(jù)庫簡介    2.2.3  SRS簡介    2.2.4  SRS檢索實例    2.2.5  BioMart簡介    2.2.6  BioMart檢索實例  2.3  UCSC基因組瀏覽器    2.3.1  UCSC基因組瀏覽器簡介    2.3.2  UCSC基因組瀏覽器檢索實例第三章  引物設(shè)計及測序結(jié)果分析  3.1  引物設(shè)計    3.1.1  概述    3.1.2  常規(guī)PCR引物設(shè)計實例分析    3.1.3  簡并引物設(shè)計  3.2  測序結(jié)果分析  3.3  序列拼接實例分析第四章  核酸序列分析  4.1  常規(guī)分析    4.1.1  核酸序列的檢索    4.1.2  核酸序列組分分析    4.1.3  序列變換    4.1.4  限制性酶切分析  4.2  比對分析    4.2.1  BLAST比對    4.2.2  雙序列比對    4.2.3  多序列比對  4.3  基因結(jié)構(gòu)識別    4.3.1  ORF識別及其可靠性驗證    4.3.2  啟動子及轉(zhuǎn)錄因子結(jié)合位點分析    4.3.3  重復(fù)序列分析    4.3.4  CpG island    4.3.5  3'UTR區(qū)第五章  蛋白質(zhì)序列分析  5.1  蛋白質(zhì)序列的基本性質(zhì)分析    5.1.1  理化性質(zhì)分析    5.1.2  疏水性分析    5.1.3  跨膜區(qū)分析    5.1.4  信號肽預(yù)測    5.1.5  Coil區(qū)分析    5.1.6  亞細胞定位“  5.2  結(jié)構(gòu)域分析及motif搜索    5.2.1  結(jié)構(gòu)域分析    5.2.2  motif搜索  5.3  空間結(jié)構(gòu)預(yù)測    5.3.1  蛋白質(zhì)二級結(jié)構(gòu)預(yù)測    5.3.2  蛋白質(zhì)三級結(jié)構(gòu)預(yù)測    5.3.3  蛋白質(zhì)結(jié)構(gòu)預(yù)測方法評價  5.4  抗原表位預(yù)測分析    5.4.1  B淋巴細胞抗原表位預(yù)測分析    5.4.2  T淋巴細胞抗原表位預(yù)測分析第六章  分子進化與系統(tǒng)發(fā)育分析  6.1  進化的分子基礎(chǔ)    6.1.1  進化樹與分子系統(tǒng)學(xué)    6.1.2  相似性與同源性    6.1.3  分子進化  6.2  系統(tǒng)發(fā)育分析    6.2.1  DNA和氨基酸序列的進化演變    6.2.2  系統(tǒng)發(fā)育樹的種類    6.2.3  用于系統(tǒng)發(fā)育分析的分子標記選擇    6.2.4  常用的構(gòu)樹方法及其甄選    6.2.5  系統(tǒng)發(fā)育分析常用軟件  6.3  系統(tǒng)發(fā)育分析的檢驗    6.3.1  系統(tǒng)發(fā)育分析方法可靠性的評價    6.3.2  系統(tǒng)樹的誤差分析及消除方法  6.4  系統(tǒng)樹的評估  6.5  系統(tǒng)發(fā)育分析實例    6.5.1  使用MEGA軟件重建NJ樹    6.5.2  使用PAUP軟件重建NJ樹    6.5.3  使用MEGA軟件重建MP樹    6.5.4  使用PAUP軟件重建MP樹    6.5.5  使用PAUP軟件重建ML樹    6.5.6  貝葉斯樹第七章  RNA分析  7.1  RNA簡介    7.1.1  RNA的結(jié)構(gòu)    7.1.2  RNA的功能    7.1.3  RNA研究進展與展望  7.2  RNA二級結(jié)構(gòu)    7.2.1  RNA的二級結(jié)構(gòu)概述    7.2.2  RNA二級結(jié)構(gòu)的預(yù)測方法    7.2.3  RNA結(jié)構(gòu)預(yù)測實例分析  7.3  高效siRNA的設(shè)計    7.3.1  RNAi的作用機制    7.3.2  siRNA的設(shè)計原則    7.3.3  影響RNAi的其他因素    7.3.4  siRNA的設(shè)計步驟    7.3.5  siRNA的合成    7.3.6  siRNA干涉效果的評判    7.3.7  siRNA相關(guān)數(shù)據(jù)庫介紹    7.3.8  siRNA設(shè)計實例分析  7.4  microRNA分析    7.4.1  microRNA作用機制概述    7.4.2  miRNA功能與研究方法    7.4.3  miRNA生物信息學(xué)分析    7.4.4  miRNA及其靶基因預(yù)測的實例分析主要參考文獻及網(wǎng)址附錄  附錄1  常用生物學(xué)數(shù)據(jù)庫  附錄2  各種主要的RNA二級結(jié)構(gòu)預(yù)測軟件比較  附錄3  名詞解釋彩圖

章節(jié)摘錄

　　人類基因組計劃的目的是解碼生命、了解生命的起源、了解生命體生長發(fā)育的規(guī)律、認識種屬之間和個體之間存在差異的起因、認識疾病產(chǎn)生的機制以及長壽與衰老等生命現(xiàn)象、為疾病的診治提供科學(xué)依據(jù)。人類基因組計劃的完成，為人類生命科學(xué)開辟了一個新紀元，它對生命本質(zhì)、人類進化、生物遺傳、個體差異、發(fā)病機制、疾病防治、新藥開發(fā)、健康長壽等領(lǐng)域，以及對整個生物學(xué)都具有深遠的影響和重大的意義，標志著人類生命科學(xué)一個新時代的來臨。2.人類蛋白質(zhì)組計劃事實上，HGP的正式完成只意味著邁出了萬里長征的第一步，僅僅測繪出基因組序列并非這一計劃的最終目的，也并不能解決困擾生物學(xué)家的所有難題。要想進一步了解生物世界的更多信息就必須對基因編碼產(chǎn)物——蛋白質(zhì)進行系統(tǒng)深入的研究。針對這一重大的科學(xué)命題，多國科學(xué)家共同組織啟動了人類蛋白質(zhì)組計劃（human proteome project，HPP）。早在20世紀90年代中期人類基因組計劃成形時，就有研究人員考慮過人類蛋白質(zhì)組計劃，但由于蛋白質(zhì)組的規(guī)模和復(fù)雜性而一直沒能實現(xiàn)。隨著基因大規(guī)模測序的結(jié)束，科學(xué)家們發(fā)現(xiàn)蛋白質(zhì)編碼基因比估計數(shù)量大大減少。過去預(yù)測的數(shù)量是5萬～10萬個，而現(xiàn)在認為只有約2.1 萬個，這使得人類蛋白質(zhì)組的規(guī)模變得更容易處理?；蚪M計劃中所積累的技術(shù)方法與合作體系也使得蛋白質(zhì)組計劃得以實現(xiàn)，這是繼國際人類基因組計劃之后的又一項大規(guī)模的國際性科技工程，無論在科學(xué)目標、研究策略、技術(shù)體系，還是在跨國組織、實驗數(shù)據(jù)整合分析等方面，均較人類基因組計劃更具挑戰(zhàn)性和復(fù)雜性。首批行動計劃包括中國科學(xué)家牽頭的“人類肝臟蛋白質(zhì)組計劃”和美國科學(xué)家牽頭的“人類血漿蛋白質(zhì)組計劃”。由于中國在蛋白質(zhì)研究方面的雄厚實力，HPP將總部設(shè)在中國北京，其中“人類肝臟蛋白質(zhì)組計劃”由中國科學(xué)家領(lǐng)導(dǎo)執(zhí)行，這是我國科學(xué)家第一次領(lǐng)導(dǎo)執(zhí)行重大國際科技協(xié)作計劃。

編輯推薦

　　寫法特點：原理、方法、操作相結(jié)合，從基礎(chǔ)理論出發(fā)，循序漸進，以漸進式實例引導(dǎo)讀者學(xué)習(xí)，適時闡述文中要點，讓讀者在實例中鞏固理論基礎(chǔ)。實例特點：實例取材自科研第一線背景的素材，實踐性強，覆蓋面廣，讓讀者在實例分析的過程中，不僅學(xué)會工具軟件的操作使用，更能學(xué)會思考與解決問題。操作演示：漸進式的實例演示，圖文并茂，簡單易學(xué)，花幾分鐘即可學(xué)會一個實例。對于生物信息學(xué)初學(xué)者或從事生命科學(xué)領(lǐng)域的科研工作者具有一定的指導(dǎo)意義。

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