生物信息学讲座--7-15-未删减版_精品文档.pptx

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亚亚源源制制帽帽网网站站建建设设生物信息学在生命科学生物信息学在生命科学研究研究中的应用中的应用（初级篇）（初级篇）马飞马飞教授教授南京师范大学南京师范大学比较基因组与生物信息学实验室比较基因组与生物信息学实验室生物信息学的发展历程生物信息学的发展历程

（一）

（一）前基因组时代前基因组时代的生物信息学的生物信息学

（二）

（二）基因组时代基因组时代的生物信息学的生物信息学（三）（三）后基因组时代后基因组时代的生物信息学的生物信息学3

（一）前基因组时代的生物信息学

（一）前基因组时代的生物信息学u以以研究序列比对为标志的现代生物信息学则起源于研究序列比对为标志的现代生物信息学则起源于20世世纪纪7080年代。

年代。

u这这一阶段的主要成就包括核酸和蛋白质序列的初步分析、一阶段的主要成就包括核酸和蛋白质序列的初步分析、生物学数据库的建立以及检索工具的开发。

例如生物学数据库的建立以及检索工具的开发。

例如Dayhoff的替换矩阵、的替换矩阵、Neelleman和和Wunsch的序列比对的序列比对（sequencealignment）及）及GenBank（由美国国立生物技（由美国国立生物技术信息中心建立和维护的核酸与蛋白质序列数据库）等术信息中心建立和维护的核酸与蛋白质序列数据库）等大型数据库的建立，形成了生物信息学的雏形。

大型数据库的建立，形成了生物信息学的雏形。

（二）基因组时代的生物信息学

（二）基因组时代的生物信息学u以基因组计划的实施为标志的基因组时代（以基因组计划的实施为标志的基因组时代（1990年至年至2001年）是生物信息学成为一个较完整的新兴学科并得到高速年）是生物信息学成为一个较完整的新兴学科并得到高速发展的时期。

发展的时期。

这一时期生物信息学确立了自身的研究领域这一时期生物信息学确立了自身的研究领域和学科特征，成为生命科学的热点学科和重要前沿领域之和学科特征，成为生命科学的热点学科和重要前沿领域之一。

一。

u这一阶段的主要成就包括大分子序列以及表达序列标签这一阶段的主要成就包括大分子序列以及表达序列标签（expressedsequencetag，EST）数据库的高速发展、）数据库的高速发展、BLAST（basiclocalalignmentsearchtool）和）和FASTA（fastalignment）等工具软件的研制和相应新算）等工具软件的研制和相应新算法的提出、基因的寻找与识别、电子克隆（法的提出、基因的寻找与识别、电子克隆（insilicocloning）技术等，大大提高了管理和利用海量数据的能）技术等，大大提高了管理和利用海量数据的能力。

力。

专业的抗体顾问-巴傲得（三）后基因组时代的生物信息学（三）后基因组时代的生物信息学u随着人类基因组计划的顺利进行，人类全基因组测序工作已经完成。

随着人类基因组计划的顺利进行，人类全基因组测序工作已经完成。

测序工作的完成并不代表基因组计划的结束，测序工作的完成并不代表基因组计划的结束，相反标志着相反标志着“后基因后基因组信息学组信息学”的开始的开始。

基因组学研究也由结构基因组转向了功能基因。

基因组学研究也由结构基因组转向了功能基因组的研究，组的研究，通过对基因组的分析来了解生物体的功能成为后基因组通过对基因组的分析来了解生物体的功能成为后基因组时代的主要目标时代的主要目标。

u后基因组时代，后基因组时代，生物综合论生物综合论将成为生物学的主流研究方法。

人们在将成为生物学的主流研究方法。

人们在网络观点下、在分子相互作用网络水平理解生物学的基本原理。

网络观点下、在分子相互作用网络水平理解生物学的基本原理。

u后基因组生物信息学有时也称为后基因组生物信息学有时也称为功能基因组系统学功能基因组系统学。

功能基因组系。

功能基因组系统学的出现，是生物信息学领域的一个重大变化，统学的出现，是生物信息学领域的一个重大变化，它由主要以整理、它由主要以整理、储存、分析生物学数据或知识转变为综合多种生物分子及其相互作储存、分析生物学数据或知识转变为综合多种生物分子及其相互作用的知识来了解生物系统的功能。

用的知识来了解生物系统的功能。

后后基因组基因组时代时代研究研究对象的多层次性对象的多层次性后后基基因因组组研研究究对对象象是是多多层层次次的的，人人们们从从包包括括基基因因组组（Genome）、转转录录组组（Transcriptome）、蛋蛋白白质质组组（Proteome）、相相互互作作用用组组（Interactome）、定定位位组组（Localizome）、折折叠叠子子组组（foldome）、代代谢谢组组（Metabolome）、表表型型组组（Phenome）等等方方面面，从从组组的的角角度度研研究究各各类类生生物物学学过过程程。

如如果果说说基基因因组组问问题题涉涉及及遗遗传传图图谱谱（Geneticmap）、限限制制性性图图谱谱（Restrictionmap）和和物物理理图图谱谱（Physicalmap），那么其它的组学涉及那么其它的组学涉及功能图谱功能图谱（Functionalmaps）。

）。

8但但现现在在更更加加合合理理的的看看法法是是基基因因组组只只是是细细胞胞中中分分子子之之间间相相互互作作用用的的整整个个网网络络的的一一部部分分。

基基因因组组只只是是细细胞胞指指令令的的大大仓仓库库，相相互互作作用用网网络络本本身身才才是是那那个个所所谓谓的的指指令令系系统统，这这个个系系统统遵遵循循固固有有程程序序引引导导发发育育过过程程，并并产产生生殖细胞。

生生殖细胞。

后后基基因因组组生生物物信信息息学学是是以以对对一一系系列列生生物物学学知知识识的的综综合合为为特特征征的的，是是在在网网络络观观点点下下、在在分分子子网网络络层层次次上上研究和理解生命的基本规律。

研究和理解生命的基本规律。

专业的抗体顾问-巴傲得功能基因组学发展趋势功能基因组学发展趋势功功能能基基因因组组学学发发展展的的一一个个最最新新和和重重要要领领域域是是系系统统生生物物学学（SystemsBiology），系系统统生生物物学学研研究究问问题题有有如如下三个特点：

下三个特点：

1、更好整合生物过程不同阶段的分散数据、更好整合生物过程不同阶段的分散数据如如整整合合基基因因组组、转转录录组组、蛋蛋白白质质组组和和代代谢谢组组的的数数据据，得得到到对对生生物物学学过过程程的的总总体体认认识识。

另另外外一一个个方方面面是是为为了满足整合数据库的复杂查询。

了满足整合数据库的复杂查询。

2、对复杂生物过程的更好模拟、对复杂生物过程的更好模拟包包括括蛋蛋白白质质折折叠叠和和复复杂杂系系统统建建模模（如如信信号号/代代谢谢通通路和发病机理）路和发病机理）3、生物过程动态研究、生物过程动态研究从一个通路的成分到一个通路的动力学从一个通路的成分到一个通路的动力学功能基因组系统学功能基因组系统学正正如如前前面面所所述述，在在相相互互作作用用网网络络背背景景下下阐阐释释“功功能能”是是功功能能基基因因组组系系统统学学的的一一个个主主要要特特点点。

另另外外一一个个特特点点是是复复杂杂系系统统的的思思想想，把把生生物物体体看看作作一一个个复复杂杂系系统统进进行行研研究究。

主要有三个特征：

主要有三个特征：

11多层次数据整合多层次数据整合整整合合包包括括基基因因组组、蛋蛋白白质质组组、转转录录、表表达达和和调调控控路路径等方面数据径等方面数据22系统的复杂性特点系统的复杂性特点具有复杂系统的自组织、自调控和突变等特点具有复杂系统的自组织、自调控和突变等特点33信息学分析信息学分析采采用用信信息息学学方方法法对对多多种种数数据据进进行行分分析析是是功功能能基基因因组组系统学的又一特点系统学的又一特点传统传统生物学关注的是一个一个的通路，而后生物学关注的是一个一个的通路，而后基因组生物信息学则希望研究各个基因组生物信息学则希望研究各个通路之间的相通路之间的相互作用，构成一个复杂的相互作用网络互作用，构成一个复杂的相互作用网络，从而从，从而从更高的层面上理解生命过程。

通俗地说：

更高的层面上理解生命过程。

通俗地说：

传统生传统生物学看到的是树木，后基因组生物信息学则看到物学看到的是树木，后基因组生物信息学则看到的是森林。

的是森林。

专业的抗体顾问-巴傲得整合整合多层次数据在网络层面研究细胞内复杂生物过程的基本思想。

多层次数据在网络层面研究细胞内复杂生物过程的基本思想。

13生物信息学系统化概图生物信息学系统化概图专业的抗体顾问-巴傲得讲座提纲讲座提纲一、文献一、文献检索检索与管理与管理二、二、基因与基因结构预测基因与基因结构预测三、三、序列拼接、引物设计及进化分析序列拼接、引物设计及进化分析四、四、蛋白质性质与结构分析蛋白质性质与结构分析五、五、基因注释与功能分类基因注释与功能分类专业的抗体顾问-巴傲得一、一、文献检索与文献检索与管理管理11、文献阅读的重要性、文献阅读的重要性22、文献阅读的一些建议、文献阅读的一些建议33、文献检索文献检索44、文献管理、文献管理11、为什么要进行文献阅读？

、为什么要进行文献阅读？

11）科研选题的需要）科研选题的需要科研选题：

科研选题：

发现问题（发现问题（兴趣兴趣），选择问题（），选择问题（剥笋剥笋），界定问题的过），界定问题的过程（程（凝练核心观点凝练核心观点）。

）。

科研思路如何产生？

科研思路如何产生？

牛顿牛顿说说：

如果：

如果我看得更远一点的话，是因为我站在巨人的肩膀上我看得更远一点的话，是因为我站在巨人的肩膀上。

在在当今所处的当今所处的BigData时代，每天都有数以万计的文章发表在各种杂时代，每天都有数以万计的文章发表在各种杂志和不同的数据库中，只有大量阅读文献才能真正了解国际上本专业的志和不同的数据库中，只有大量阅读文献才能真正了解国际上本专业的热点研究领域和最新研究进展情况热点研究领域和最新研究进展情况;只有在阅读大量文献的只有在阅读大量文献的过程过程中中，不断，不断总结，才能产生总结，才能产生自己自己的的idea，才能真正进入这个研究领域。

，才能真正进入这个研究领域。

选题的正确与否，最终要选题的正确与否，最终要通过通过“文献阅读文献阅读”及及“文献综述文献综述”作判断作判断和决断。

和决断。

每每一篇学术论文都是一个一篇学术论文都是一个Story，Story写的越精彩看的写的越精彩看的人越多，引用率就越高。

人越多，引用率就越高。

要高度重视要高度重视学术论文中引言部分的学术论文中引言部分的文献文献综述，对某个领综述，对某个领域代表性域代表性文献作较全面的文献作较全面的综述是综述是学术论文的重要组成部分学术论文的重要组成部分。

通常引言部分能对通常引言部分能对所研究问题的动态和有关成果作较系统的所研究问题的动态和有关成果作较系统的介绍和介绍和评述，要评述，要突出直接的相关性、不可遗漏经典文献和重突出直接的相关性、不可遗漏经典文献和重要的近期文献要的近期文献。

对。

对他人工作的评述要准确到位、简练、他人工作的评述要准确到位、简练、客观客观，因为要尊重因为要尊重前人成果前人成果。

引言部分能够反映研究工作的扎实基础，研究问题的重引言部分能够反映研究工作的扎实基础，研究问题的重要性，以及高的研究起点。

要性，以及高的研究起点。

2）凝练研究问题的需要）凝练研究问题的需要33）了解相关）了解相关理论、技术手段和研究方法的需要理论、技术手段和研究方法的需要针对针对你自己你自己的研究方向的研究方向,找相近的论文来读找相近的论文来读,从中了解本研究从中了解本研究领域有关理论的进展和突破，理解文献中领域有关理论的进展和突破，理解文献中回答什么问题回答什么问题,又是通又是通过过哪些技术手段来证明哪些技术手段来证明,有哪些结论有哪些结论?

从这些文献中从这些文献中,了解研究思路了解研究思路,逻辑推论逻辑推论,学习和掌握相关的学习和掌握相关的技术技术方法方法.专业的抗体顾问-巴傲得44）避免避免重复重复研究的需要研究的需要通过通过阅读阅读文献，文献，了解了解自己研究自己研究领域的现状，了解他人已经进