生物信息學(xué)教學(xué)大綱

1、紅河學(xué)院生物信息學(xué)課程教學(xué)大綱一、課程基本情況與說(shuō)明（一）課程代碼：（二）課程英文名稱：bioinformatics（三）課程中文名稱：生物信息學(xué)（四）授課對(duì)象：生物科學(xué)和生物技術(shù)專業(yè)本科生（五）開(kāi)課單位：生命科學(xué)與技術(shù)學(xué)院（六）教材：1、生物技術(shù)專業(yè)：生物信息學(xué)應(yīng)用技術(shù)，王祿山、高培基編，化學(xué)工業(yè)出版社，2008年2、生物科學(xué)專業(yè)：生物信息學(xué)基礎(chǔ)，孫嘯、陸祖宏、謝建明編，清華大學(xué)出版社，2005年（七）參考書(shū)目1生物信息學(xué)，DavidW.Mount著，鐘揚(yáng)等譯，高等教育出版社，2003年2基因組數(shù)據(jù)分析手冊(cè)，胡松年、薛慶中編，浙江大學(xué)出版社，2003年3生物信息學(xué)中的計(jì)算機(jī)技術(shù)(Develo

2、ping Bioinformatics Computer Skills)，Cynthia Gibas,Per Jambeck著，孫超等譯，中國(guó)電力出版社，2002年4生物信息學(xué)：基因和蛋白質(zhì)分析的實(shí)用指南，Andreas D. Baxevanis，F(xiàn)rancis Ouellette B F著，李衍達(dá)、孫之榮等譯，清華大學(xué)出版社，2000年5生物信息學(xué)算法導(dǎo)論（An Introduction to Bioinformatics Algorithms ），瓊斯，帕夫納著，王翼飛等譯，化學(xué)工業(yè)出版社，2007年（八）課程性質(zhì)（五號(hào)宋體加粗）生物信息學(xué)是生命科學(xué)領(lǐng)域一門(mén)新興的邊緣學(xué)科，綜合了生物學(xué)、計(jì)

3、算機(jī)學(xué)、信息學(xué)、統(tǒng)計(jì)學(xué)等方面的知識(shí)。該學(xué)科在學(xué)生掌握生物化學(xué)、遺傳學(xué)、分子生物學(xué)以及計(jì)算機(jī)應(yīng)用、高等數(shù)學(xué)等相關(guān)知識(shí)的基礎(chǔ)上開(kāi)設(shè)，屬于生物類專業(yè)的專業(yè)課程（必修或選修）。通過(guò)學(xué)習(xí)，學(xué)生能夠加深對(duì)分子生物學(xué)和基因工程等課程的理解，并為進(jìn)一步學(xué)習(xí)基因組學(xué)(genomics)和蛋白質(zhì)組學(xué)(protemics) 奠定基礎(chǔ)。（九）教學(xué)目的1、給學(xué)生介紹生物信息學(xué)的主要內(nèi)容以及未來(lái)可能的發(fā)展方向，為學(xué)生構(gòu)建相關(guān)知識(shí)體系，開(kāi)闊學(xué)生的視野，為將來(lái)進(jìn)一步學(xué)習(xí)、科研打下基礎(chǔ)。2、讓學(xué)生了解生物信息學(xué)的基本研究方法，并能掌握應(yīng)用其中的一些常用方法，以提高學(xué)生的科研能力，領(lǐng)會(huì)采用信息學(xué)技術(shù)去分析和探索大量核酸和蛋白質(zhì)序

4、列所蘊(yùn)藏的生命意義的基本思路。3、學(xué)習(xí)運(yùn)用計(jì)算機(jī)軟件來(lái)分析生物學(xué)問(wèn)題，提高用理論來(lái)輔助、提高實(shí)驗(yàn)的設(shè)計(jì)和數(shù)據(jù)分析水平，加強(qiáng)對(duì)分子生物學(xué)實(shí)驗(yàn)結(jié)果的預(yù)測(cè)與分析等等的能力。（十）教學(xué)基本要求本課程應(yīng)用性、實(shí)踐性和操作性很強(qiáng)、對(duì)計(jì)算機(jī)水平要求較高。生物信息學(xué)的發(fā)源和領(lǐng)先地區(qū)又多在國(guó)外，大量的生物信息學(xué)數(shù)據(jù)庫(kù)已經(jīng)網(wǎng)絡(luò)化，主要軟件都由國(guó)外開(kāi)發(fā)，因此對(duì)英語(yǔ)水平也有一定要求?？紤]到這些特點(diǎn)，為實(shí)現(xiàn)本大綱的要求，應(yīng)積極采用新教材、多媒體及計(jì)算機(jī)輔助教學(xué)等先進(jìn)教學(xué)手段，同時(shí)注意提醒、強(qiáng)化學(xué)生的計(jì)算機(jī)和英語(yǔ)應(yīng)用水平，提高教學(xué)效果。在教學(xué)過(guò)程中，要注意前修課程和后續(xù)課程的聯(lián)系（包括生物專業(yè)英語(yǔ)）。本課程是生物類專業(yè)高

5、年級(jí)的課程，學(xué)生在生物領(lǐng)域已經(jīng)有了相當(dāng)基礎(chǔ)知識(shí)，因此教學(xué)重點(diǎn)應(yīng)放在幾大學(xué)科（生物學(xué)、計(jì)算機(jī)學(xué)、信息學(xué)、統(tǒng)計(jì)學(xué)等）知識(shí)的綜合上，著重討論學(xué)科的交叉運(yùn)用，注意對(duì)分子生物學(xué)知識(shí)的回顧、聯(lián)系和應(yīng)用。對(duì)于生物信息學(xué)中的基本研究方法的學(xué)習(xí)，應(yīng)是教師介紹、課堂討論、課后作業(yè)相結(jié)合，通過(guò)學(xué)生的實(shí)踐，深入掌握這些研究方法，能理解其算法，培養(yǎng)學(xué)生分析問(wèn)題和解決問(wèn)題的能力。重點(diǎn)、難點(diǎn)要突出。注意理論聯(lián)系實(shí)際。結(jié)合實(shí)際，介紹并提供當(dāng)前熱門(mén)的生物信息軟件，并布置作業(yè)，讓學(xué)生課下和課后實(shí)習(xí)。對(duì)于作為必修課的專業(yè)，要在3個(gè)學(xué)分的課時(shí)中，進(jìn)行不少于18個(gè)學(xué)時(shí)的上機(jī)和上網(wǎng)實(shí)驗(yàn)，對(duì)相應(yīng)軟件和數(shù)據(jù)庫(kù)進(jìn)行操作練習(xí)，并作為考核的重要內(nèi)

6、容。（十一）學(xué)時(shí)數(shù)、學(xué)分?jǐn)?shù)及學(xué)時(shí)數(shù)具體分配學(xué)時(shí)數(shù)：54學(xué)時(shí)（必修）或36學(xué)時(shí)（選修）分?jǐn)?shù)：3學(xué)分（必修）或2學(xué)分（選修）學(xué)時(shí)數(shù)具體分配：教 學(xué) 內(nèi) 容講授實(shí)驗(yàn)/實(shí)踐合 計(jì)第一章 緒論22第二章 生物數(shù)據(jù)22第三章 分子生物學(xué)數(shù)據(jù)庫(kù)314第四章 序列對(duì)齊與數(shù)據(jù)庫(kù)檢索338第五章 DNA序列分析638第六章 RNA序列分析和結(jié)構(gòu)預(yù)測(cè)112第七章 蛋白質(zhì)序列分析和結(jié)構(gòu)預(yù)測(cè)628第八章 核酸和蛋白質(zhì)序列的進(jìn)化分析426第九章 算法和語(yǔ)言22第十章 生物信息學(xué)資源、平臺(tái)及其綜合應(yīng)用448第十一章 其他生物信息學(xué)領(lǐng)域和技術(shù)簡(jiǎn)介325 合 計(jì)361854（十二）教學(xué)方式本課程采用多媒體教學(xué)與上機(jī)實(shí)習(xí)相結(jié)合的

7、方式。主要強(qiáng)調(diào)利用各種公用的生物信息學(xué)資源進(jìn)行上機(jī)實(shí)習(xí)過(guò)程的學(xué)習(xí)，集課堂教學(xué)、實(shí)踐教學(xué)和網(wǎng)絡(luò)教學(xué)為一體，教學(xué)環(huán)節(jié)包括課堂講授、學(xué)生自學(xué)、上機(jī)實(shí)驗(yàn)以及期末考核。課程大部分內(nèi)容的講授需要采用多媒體課件或者網(wǎng)絡(luò)機(jī)房進(jìn)行教學(xué)，并實(shí)時(shí)演示相關(guān)軟件操作和網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)庫(kù)檢索流程等課程的重點(diǎn)內(nèi)容。學(xué)生上機(jī)實(shí)習(xí)操作要保證學(xué)時(shí)和練習(xí)效果，上機(jī)前教師預(yù)先布置實(shí)驗(yàn)題目，上機(jī)實(shí)驗(yàn)結(jié)束學(xué)生提交實(shí)驗(yàn)報(bào)告。并完成教師布置的一定量的作業(yè)，加深學(xué)生對(duì)所學(xué)知識(shí)的理解、運(yùn)用，進(jìn)一步訓(xùn)練學(xué)生的實(shí)際操作能力。（十三）考核方式和成績(jī)記載說(shuō)明考核方式為考查。嚴(yán)格考核學(xué)生出勤情況，達(dá)到學(xué)籍管理規(guī)定的曠課量取消期末考查資格?？傇u(píng)成績(jī)：平時(shí)成績(jī)：50

8、（必修）或40%（選修）；形式：作業(yè)與平時(shí)實(shí)驗(yàn)成績(jī)；期末成績(jī)：40（必修）或50%（選修）；形式：論文（專題研究或文獻(xiàn)綜述等）；考勤提問(wèn)：10；形式：不定期點(diǎn)名。實(shí)驗(yàn)成績(jī)主要考查學(xué)生的實(shí)踐動(dòng)手操作能力和分析能力，平時(shí)作業(yè)可以分書(shū)面作業(yè)和電子版作業(yè)兩種，后者主要是一些在線分析、數(shù)據(jù)庫(kù)檢索和軟件應(yīng)用的結(jié)果文件。期末主要考查學(xué)生理論知識(shí)的掌握情況和綜合運(yùn)用水平。對(duì)于少數(shù)在某些方面確有特長(zhǎng)（如擅長(zhǎng)編程或網(wǎng)頁(yè)數(shù)據(jù)庫(kù)制作維護(hù)等）的學(xué)生，可指定相關(guān)軟件編寫(xiě)、數(shù)據(jù)庫(kù)建設(shè)和生物資源類的網(wǎng)頁(yè)設(shè)計(jì)等內(nèi)容作為其課程設(shè)計(jì)任務(wù)，按時(shí)完成并達(dá)到預(yù)期設(shè)計(jì)目標(biāo)的，經(jīng)審核確認(rèn)確為其本人獨(dú)立（或者為主）完成，可以不進(jìn)行期末考查，以

9、課程設(shè)計(jì)任務(wù)成績(jī)代替。二、講授大綱第一章 緒論（2學(xué)時(shí)） 基本要求：了解生物信息學(xué)興起的主要原因。歷數(shù)遺傳學(xué)和基因組學(xué)領(lǐng)域中各里程碑事件及基因組測(cè)序技術(shù)的發(fā)展。理解生物信息學(xué)的基本概念和目前生物信息學(xué)中的各熱點(diǎn)問(wèn)題。掌握什么是生物信息學(xué)的研究對(duì)象和研究?jī)?nèi)容，以及幾個(gè)重要的生物信息學(xué)資源和主要生物信息學(xué)工具。理解生物信息學(xué)的交叉學(xué)科和大科學(xué)特點(diǎn)。重點(diǎn)：1、生物信息學(xué)的定義、基本概念及其發(fā)展現(xiàn)狀。2、生物信息學(xué)研究的基本內(nèi)容、基本原理與生物學(xué)基礎(chǔ)。3、計(jì)算機(jī)在生物學(xué)研究中的應(yīng)用。難點(diǎn)：1、 信息的內(nèi)涵。2、 生物大分子序列和結(jié)構(gòu)的信息功能。3、 生物信息學(xué)的交叉學(xué)科和大科學(xué)特點(diǎn)。主要內(nèi)容：生物信息

10、學(xué)的興起和發(fā)展背景，生物信息學(xué)的概念、主要內(nèi)容、研究意義和學(xué)科特點(diǎn)，以及當(dāng)前生物信息學(xué)所面臨的巨大挑戰(zhàn)等。第二章 生物數(shù)據(jù)（2學(xué)時(shí)）基本要求：了解一般意義上的生物數(shù)據(jù)和現(xiàn)代的生物信息學(xué)數(shù)據(jù)的區(qū)別。了解從單克隆技術(shù)到全基因組鳥(niǎo)槍法測(cè)序技術(shù)的發(fā)展使得海量的基因組數(shù)據(jù)產(chǎn)生，以人類基因組為例，了解基因組注釋的主要步驟和內(nèi)容。遺傳變異（如SNP）的概念、類型及發(fā)現(xiàn)方法。了解核糖核苷酸水平上基因表達(dá)的概念和非編碼RNA在基因組中的多種類型。掌握表達(dá)序列標(biāo)簽的主要特點(diǎn)，學(xué)習(xí)表達(dá)序列標(biāo)簽對(duì)掌握基因組內(nèi)各種特征信息的意義。理解高通量的蛋白質(zhì)組和相互作用組產(chǎn)生的背景，對(duì)這些新興的概念有比較深入的理解。熟悉生物信息

11、學(xué)數(shù)據(jù)的采集來(lái)源。重點(diǎn)：1、理解如何對(duì)已測(cè)序的基因組數(shù)據(jù)進(jìn)行注釋和正確地進(jìn)行基因預(yù)測(cè)。2、掌握轉(zhuǎn)錄組的發(fā)現(xiàn)和基因表達(dá)譜的概念、單核苷酸多態(tài)性（SNPs）。3、了解蛋白質(zhì)序列和結(jié)構(gòu)特點(diǎn)及其蘊(yùn)含的信息。難點(diǎn)：1、如何從海量的基因組數(shù)據(jù)提取有用的信息是基因組序列數(shù)據(jù)分析的巨大挑戰(zhàn)。2、基因表達(dá)數(shù)據(jù)的分析。3、蛋白質(zhì)結(jié)構(gòu)。主要內(nèi)容：核心內(nèi)容是介紹海量的生物信息學(xué)數(shù)據(jù)是如何產(chǎn)生的，以及這些數(shù)據(jù)的主要特點(diǎn)（具體包括：具有信息功能的生物大分子，基因組序列數(shù)據(jù)和基因組測(cè)序技術(shù)，遺傳變異數(shù)據(jù)，轉(zhuǎn)錄組的基本概念及應(yīng)用，基因表達(dá)譜的基本概念以及應(yīng)用，EST以及EST的重要性，蛋白質(zhì)組學(xué)的意義和對(duì)生物信息學(xué)提出的要求

12、，蛋白質(zhì)相互作用識(shí)別和預(yù)測(cè)的多種計(jì)算方法，生物通路，蛋白質(zhì)二級(jí)、三級(jí)結(jié)構(gòu)的數(shù)字化，常見(jiàn)非編碼RNA，如tRNA，rRNA和miRNA等。生物信息學(xué)數(shù)據(jù)的實(shí)驗(yàn)室采集和網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)庫(kù)采集。第三章 分子生物學(xué)數(shù)據(jù)庫(kù)（3學(xué)時(shí)） 基本要求：了解幾個(gè)注釋較好的提供基因組瀏覽器的生物數(shù)據(jù)庫(kù)資源（如NCBI,UCSC和EMBL等）其各自的特點(diǎn)及它們之間的聯(lián)系。理解DNA序列的存儲(chǔ)數(shù)據(jù)庫(kù)（如GenBank，DDBJ，EMBL等）和蛋白質(zhì)序列的存儲(chǔ)數(shù)據(jù)庫(kù)（如UniProt等）中一些關(guān)鍵序列號(hào)的意義和數(shù)據(jù)庫(kù)內(nèi)部結(jié)構(gòu)的組織等。了解常用的公共基因表達(dá)數(shù)據(jù)庫(kù)、表達(dá)序列標(biāo)簽數(shù)據(jù)庫(kù)dbEST。掌握目前已有的蛋白質(zhì)相互作用數(shù)據(jù)庫(kù)，

13、生物通路數(shù)據(jù)庫(kù)和蛋白質(zhì)結(jié)構(gòu)數(shù)據(jù)庫(kù)。能夠根據(jù)自己?jiǎn)栴}出發(fā)找到感興趣的蛋白質(zhì)所涉及的相互作用，參與的生物通路和三維結(jié)構(gòu)。重點(diǎn)：1、常用核酸和蛋白質(zhì)序列和結(jié)構(gòu)數(shù)據(jù)庫(kù)的種類和內(nèi)容。2、數(shù)據(jù)庫(kù)的格式和注釋。難點(diǎn)：數(shù)據(jù)庫(kù)構(gòu)建、各種數(shù)據(jù)庫(kù)包含數(shù)據(jù)的種類。主要內(nèi)容：1、DNA、RNA與蛋白質(zhì)序列數(shù)據(jù)庫(kù)2、蛋白質(zhì)結(jié)構(gòu)數(shù)據(jù)庫(kù)、蛋白質(zhì)分類數(shù)據(jù)庫(kù)CATH與SCOP3、基因與蛋白質(zhì)表達(dá)數(shù)據(jù)庫(kù)4、蛋白質(zhì)相互作用數(shù)據(jù)庫(kù)5、其他數(shù)據(jù)庫(kù)第四章 序列對(duì)齊和數(shù)據(jù)庫(kù)檢索（3學(xué)時(shí)） 基本要求：了解核酸序列比對(duì)的內(nèi)容和相似序列的獲得方法，掌握常用數(shù)據(jù)庫(kù)的檢索流程，理解序列比對(duì)和數(shù)據(jù)檢索的原理和意義。重點(diǎn)：雙序列比對(duì)難點(diǎn)：序列比對(duì)算法，多

14、序列比對(duì)主要內(nèi)容：序列比對(duì)相關(guān)的基本概念，序列相似性的評(píng)價(jià)方法，最優(yōu)比對(duì)的確定動(dòng)態(tài)規(guī)劃方法，比對(duì)結(jié)果的顯著性分析，相似序列的啟發(fā)式搜索BLAST算法原理，BLAST 軟件系列的使用，F(xiàn)ASTA算法，多序列比對(duì)技術(shù)。第五章 DNA序列分析（6學(xué)時(shí)） 基本要求：熟悉核酸序列分析和基因組分析的主要內(nèi)容，掌握常用序列分析工具的使用，理解基因結(jié)構(gòu)與DNA序列分析的生物學(xué)意義。重點(diǎn)：核酸序列分析的內(nèi)容，序列分析工具的使用，以及基因結(jié)構(gòu)與DNA序列分析的生物學(xué)意義。難點(diǎn)：通過(guò)序列對(duì)比，推測(cè)分子的同源性；全基因組比較結(jié)果的可視化，電子PCR。主要內(nèi)容：DNA序列分析的意義，序列的預(yù)測(cè)與鑒定，核酸序列物理性質(zhì)的

15、計(jì)算，核酸序列的基本分析（分子質(zhì)量、堿基組成、堿基分布、序列變換、限制酶切分析和克隆測(cè)序分析等），密碼子指紋與密碼子使用偏好性分析，電子基因定位分析，基因組測(cè)序與分析，表達(dá)序列標(biāo)簽（EST）分析，SNPs識(shí)別，可讀框分析，真核生物基因的啟動(dòng)子分析及其他調(diào)控位點(diǎn)分析，DNA序列分析工具。第六章 RNA序列分析（1學(xué)時(shí)） 基本要求： 了解RNA的信息功能、種類、序列特征、熟悉常見(jiàn)RNA二級(jí)結(jié)構(gòu)和三級(jí)結(jié)構(gòu)特征、了解二級(jí)結(jié)構(gòu)預(yù)測(cè)的原理，掌握二級(jí)結(jié)構(gòu)預(yù)測(cè)的方法和相關(guān)軟件的使用。重點(diǎn)： RNA的種類及其序列和結(jié)構(gòu)特征難點(diǎn)： RNA二級(jí)結(jié)構(gòu)預(yù)測(cè)理論主要內(nèi)容：RNA標(biāo)紋識(shí)別和局部結(jié)構(gòu)配對(duì)，RNA二級(jí)結(jié)構(gòu)預(yù)測(cè)的

16、理論和方法（如Zuker最小自由能算法或者遺傳算法），RNA結(jié)構(gòu)預(yù)測(cè)軟件（如Unix平臺(tái)的MFold和Windows平臺(tái)的RNAStructure、RNAdraw）。第七章 蛋白質(zhì)序列分析和結(jié)構(gòu)預(yù)測(cè)（6學(xué)時(shí)） 基本要求：了解蛋白質(zhì)序列分析的主要內(nèi)容，掌握蛋白質(zhì)序列和結(jié)構(gòu)分析工具的使用，熟悉蛋白質(zhì)結(jié)構(gòu)分類，理解蛋白質(zhì)結(jié)構(gòu)同源模建方法，了解蛋白質(zhì)空間結(jié)構(gòu)的預(yù)測(cè)手段。會(huì)利用工具和網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)庫(kù)進(jìn)行簡(jiǎn)單的蛋白質(zhì)二級(jí)結(jié)構(gòu)預(yù)測(cè)，了解蛋白質(zhì)三級(jí)結(jié)構(gòu)預(yù)測(cè)，了解蛋白質(zhì)組數(shù)據(jù)分析方法。重點(diǎn)： 蛋白質(zhì)序列分析，蛋白質(zhì)二級(jí)結(jié)構(gòu)預(yù)測(cè)難點(diǎn)：蛋白質(zhì)結(jié)構(gòu)同源模建方法主要內(nèi)容：1、多肽理化性質(zhì)計(jì)算與預(yù)測(cè)（包括多肽分子量、等電點(diǎn)、電

17、荷分布和酶切特征，多肽親水性/疏水性分析與制圖，多肽抗原位點(diǎn)分析等）2、蛋白質(zhì)家族與蛋白質(zhì)分類（蛋白質(zhì)家族與超家族，蛋白質(zhì)分類的方法）3、蛋白質(zhì)序列模式和結(jié)構(gòu)域模式分析4、蛋白質(zhì)結(jié)構(gòu)預(yù)測(cè)與合理藥物分子設(shè)計(jì)5、蛋白質(zhì)組數(shù)據(jù)分析及相關(guān)工具與資源第八章 核酸和蛋白質(zhì)序列的進(jìn)化分析（4學(xué)時(shí)） 基本要求： 了解分子系統(tǒng)學(xué)（或分子進(jìn)化）的有關(guān)概念和理論，理解系統(tǒng)發(fā)言模型建立的原理和方法，熟悉分子進(jìn)化樹(shù)的建立、分析，熟練掌握一種以上的系統(tǒng)發(fā)育分析軟件的使用。重點(diǎn)：系統(tǒng)發(fā)育模型的組成、建立與分析，分子進(jìn)化樹(shù)的構(gòu)建難點(diǎn)：構(gòu)建進(jìn)化樹(shù)的原理和算法主要內(nèi)容：1分子系統(tǒng)發(fā)育概述2系統(tǒng)發(fā)育模型的組成、建立與分析3. 建立

18、分子進(jìn)化樹(shù)的方法與評(píng)估4. 系統(tǒng)發(fā)育分析軟件(MEGA, PAUP*, PHYLIP和Treeview等)第九章 算法和語(yǔ)言（2學(xué)時(shí)）基本要求： 了解生物信息學(xué)與計(jì)算機(jī)編程的關(guān)系，了解一些生物信息學(xué)常用的計(jì)算方法和編程語(yǔ)言及數(shù)據(jù)庫(kù)語(yǔ)言，了解生物信息學(xué)中的一些研究模型重點(diǎn)： 遺傳算法、Perl語(yǔ)言與Bioperl、R語(yǔ)言、BioJava庫(kù)難點(diǎn)： 隱馬爾科夫模型（HMM）主要內(nèi)容：生物信息學(xué)中的計(jì)算機(jī)技術(shù)，生物信息學(xué)中的計(jì)算方法，計(jì)算方法中的生物思想，遺傳算法，Perl語(yǔ)言與Bioperl，R語(yǔ)言，BioJava庫(kù)，生物信息學(xué)序列置標(biāo)語(yǔ)言（BSML），遺傳表達(dá)置標(biāo)語(yǔ)言（GEML），隱馬爾科夫模型（

19、HMM），人工智能和人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)，圖論與生物信息學(xué)。第十章 生物信息學(xué)資源、平臺(tái)及其綜合應(yīng)用（4學(xué)時(shí)） 基本要求： 對(duì)生物信息學(xué)常用軟件資源、網(wǎng)絡(luò)在線分析資源、網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)庫(kù)資源有一個(gè)比較全面的總結(jié)，并了解有關(guān)資源整合和綜合分析平臺(tái)構(gòu)建的知識(shí)。了解與生物有關(guān)的文獻(xiàn)信息檢索常識(shí)和技巧。重點(diǎn)： Windows環(huán)境下的生物信息學(xué)軟件（尤其是前述章節(jié)中沒(méi)有涉及到、但比較重要和常用的軟件，如一些分子生物學(xué)數(shù)據(jù)分析用軟件、功能比較全面的綜合性分析軟件、生物學(xué)統(tǒng)計(jì)軟件），生物信息學(xué)分析類網(wǎng)絡(luò)資源，生物信息學(xué)學(xué)習(xí)類網(wǎng)絡(luò)資源。難點(diǎn)： 生物信息學(xué)分析類網(wǎng)絡(luò)資源，自建核酸和蛋白質(zhì)序列分析平臺(tái)主要內(nèi)容：Windows環(huán)境

20、下的生物信息學(xué)軟件（前面章節(jié)所有軟件小結(jié)和常用重要綜合性生物信息學(xué)軟件使用方法，如DNAStar、OMIGA, VectorNT suite, DNAMAN等），PCR引物和寡核苷酸探針設(shè)計(jì)(OLIGO6和PRIMER PREMIER 軟件使用)，遺傳連鎖的分析軟件使用，Linux/Unix環(huán)境下的生物信息學(xué)軟件，Macintosh環(huán)境下的生物信息學(xué)軟件，一些通用的計(jì)算、統(tǒng)計(jì)和分析類軟件介紹（如Matlab、SPSS等），生物信息學(xué)分析類網(wǎng)絡(luò)資源，生物信息學(xué)學(xué)習(xí)類網(wǎng)絡(luò)資源，資源的綜合利用：自建核酸和蛋白質(zhì)序列分析平臺(tái)，相關(guān)實(shí)例分析。生物類信息檢索和整理方法（包括相關(guān)常用軟件介紹，如EndNot

21、e等）第十一章 其他生物信息學(xué)領(lǐng)域和技術(shù)簡(jiǎn)介（3學(xué)時(shí)） 基本要求：了解生物信息學(xué)在基因芯片、藥物設(shè)計(jì)和分子模擬等領(lǐng)域的應(yīng)用和發(fā)展前景重點(diǎn)：基因差異表達(dá)的分析方法難點(diǎn)：聚類與分類及基因調(diào)控網(wǎng)絡(luò)分析的方法，計(jì)算機(jī)輔助藥物分子設(shè)計(jì)方法主要內(nèi)容：1.Microarray基因表達(dá)數(shù)據(jù)分析1.1基因表達(dá)數(shù)據(jù)分析概述1.2差異表達(dá)分析1.3聚類與分類1.4基因調(diào)控網(wǎng)絡(luò)分析1.5基因表達(dá)數(shù)據(jù)分析相關(guān)工具與資源2. 生物信息學(xué)與藥物研究2.1生物信息學(xué)在藥物研究中的作用2.2疾病相關(guān)基因的預(yù)測(cè)2.3藥物靶標(biāo)的發(fā)現(xiàn)2.4計(jì)算機(jī)輔助藥物分子設(shè)計(jì)3.分子模擬與分子動(dòng)力學(xué)紅河學(xué)院生物信息學(xué)實(shí)驗(yàn)課程教學(xué)大綱（一）課程名稱

22、：生物信息學(xué)（二）所屬實(shí)驗(yàn)室名稱：（三）實(shí)驗(yàn)教材及參考書(shū)：生物信息學(xué)不僅是一門(mén)科學(xué)學(xué)科，更是一種重要的研究開(kāi)發(fā)工具，生物信息學(xué)理論課程中很多內(nèi)容需要進(jìn)行操作實(shí)踐才能實(shí)質(zhì)性掌握運(yùn)用，因此，在目前尚缺乏實(shí)驗(yàn)操作教材的前提下，自編操作實(shí)驗(yàn)教材和安排上機(jī)操作實(shí)驗(yàn)十分必要。一下教材僅供參考：1生物信息學(xué)方法與實(shí)踐，張成崗、賀福初編，科學(xué)出版社，2002年；2基因組數(shù)據(jù)分析手冊(cè)，胡松年、薛慶中編，浙江大學(xué)出版社，2003年；3基因表達(dá)序列標(biāo)簽( EST) 數(shù)據(jù)分析手冊(cè)，胡松年編，浙江大學(xué)出版社，2005 年。（四）實(shí)驗(yàn)內(nèi)容和目的：結(jié)合理論課的學(xué)習(xí)，使學(xué)生熟練使用基因和蛋白質(zhì)數(shù)據(jù)庫(kù)的使用方法，掌握利用相關(guān)軟

23、件進(jìn)行核酸序列和蛋白質(zhì)序列的基本分析，提高學(xué)生用計(jì)算機(jī)進(jìn)行基因和蛋白質(zhì)分析的能力。（五）考核方式：實(shí)驗(yàn)成績(jī)根據(jù)平時(shí)的實(shí)驗(yàn)表現(xiàn)、各個(gè)模塊的作業(yè)成績(jī)以及期末上機(jī)綜合考查來(lái)評(píng)定，實(shí)驗(yàn)成績(jī)按50%（必修）或40%（選修）比例計(jì)入課程總評(píng)成績(jī)。實(shí)驗(yàn)報(bào)告或課后作業(yè)可以電子版和紙質(zhì)版同時(shí)提交。（六）實(shí)驗(yàn)環(huán)境：硬件最低要求：PIII微型計(jì)算機(jī)，主頻800MHZ以上，內(nèi)存256MB以上，硬盤(pán)20G。每個(gè)學(xué)生每次上機(jī)實(shí)驗(yàn)使用一臺(tái)計(jì)算機(jī)。能連接Internet（教育網(wǎng)要能連接國(guó)外有關(guān)的生物信息學(xué)數(shù)據(jù)庫(kù)）。軟件：常用生物信息學(xué)軟件，多媒體控制和網(wǎng)絡(luò)教學(xué)軟件。（七）實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目及安排 以下實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目分為必做和選做兩種，必做題

24、目在學(xué)期結(jié)束時(shí)必須完成；選做題目可以根據(jù)實(shí)際上課時(shí)間和學(xué)生個(gè)人差異進(jìn)行靈活安排，或作為課程設(shè)計(jì)題目在假期中完成?？倢?shí)驗(yàn)上機(jī)學(xué)時(shí)保持不變（18學(xué)時(shí)）。教學(xué)計(jì)劃中未安排上機(jī)學(xué)時(shí)或者實(shí)際條件暫時(shí)不能滿足時(shí)，可以安排學(xué)生課下完成相應(yīng)實(shí)驗(yàn)。序號(hào)實(shí)驗(yàn)名稱類別學(xué)時(shí)備注必選1常用分子生物學(xué)數(shù)據(jù)庫(kù)類型、數(shù)據(jù)格式及檢索Ö32生物序列的相似性搜索Blast及其應(yīng)用Ö13核酸序列的基本分析Ö44蛋白質(zhì)序列的基本分析Ö25生物大分子結(jié)構(gòu)分析與預(yù)測(cè)Ö26分子進(jìn)化分析(Treeview, CLUSTALX, MEGA2)Ö37使用Oligo和PrimerPremi

25、er軟件設(shè)計(jì)PCR引物Ö18基因組分析以EST為例Ö19Microarray基因表達(dá)數(shù)據(jù)分析Ö1實(shí)驗(yàn)一 常用分子生物學(xué)數(shù)據(jù)庫(kù)類型、數(shù)據(jù)格式及檢索1、 實(shí)驗(yàn)?zāi)康模?）掌握序列檢索的操作方法；（2）熟悉GenBank數(shù)據(jù)庫(kù)序列格式及其主要字段的含義；(3) 了解EBML數(shù)據(jù)庫(kù)序列格式及其主要字段的含義；(4) 熟悉GenBank數(shù)據(jù)庫(kù)序列格式的FASTA序列格式顯示與保存；(5) 了解Entrez和SRS搜索引擎的異同；（6）強(qiáng)化培養(yǎng)計(jì)算機(jī)操作能力和網(wǎng)絡(luò)搜索能力。2、 實(shí)驗(yàn)要求（1）認(rèn)真閱讀和掌握和本實(shí)驗(yàn)相關(guān)的教材（或講義）內(nèi)容；（2）有條理的進(jìn)行每個(gè)步驟，出現(xiàn)問(wèn)題和

26、收獲都要學(xué)會(huì)記錄；教師注意了解學(xué)生計(jì)算機(jī)應(yīng)用能力的個(gè)人差異；（3）邊操作邊思考、記憶、比較，完成實(shí)驗(yàn)報(bào)告；3、實(shí)驗(yàn)內(nèi)容（1）首先讓學(xué)生自主性利用所知道的搜索引擎，搜索和瀏覽至少10個(gè)國(guó)外和至少5個(gè)國(guó)內(nèi)生物信息學(xué)相關(guān)網(wǎng)站，并描述網(wǎng)站特征；（2）下載各網(wǎng)站的代表性數(shù)據(jù)各10條（組）以上，并說(shuō)明其生物學(xué)意義；（3）使用Entrez 信息查詢系統(tǒng)檢索核酸序列BC060830 和NM_000230，連接提取該序列內(nèi)容，閱讀序列格式的解釋，理解其含義；（4）GenBank數(shù)據(jù)庫(kù)序列格式的FASTA序列格式顯示與保存；（5）使用SRS信息查詢系統(tǒng)檢索核酸序列BC060830，連接提取該序列內(nèi)容，閱讀序列格式

27、的解釋，理解其含義；（6）使用搜索引擎搜索下載DNAClub和BioEdit并正確安裝。實(shí)驗(yàn)二 生物序列的相似型搜索Blast及其應(yīng)用1、 實(shí)驗(yàn)?zāi)康牧私釨LAST及其子程序的原理和基本參數(shù)，熟練地應(yīng)用網(wǎng)絡(luò)平臺(tái)和Linux計(jì)算平臺(tái)進(jìn)行本地BLAST序列比對(duì)（有條件的前提下），熟悉BLAST結(jié)果的格式和內(nèi)容并能描述其主要意義，同時(shí)比較網(wǎng)上平臺(tái)和本地平臺(tái)的優(yōu)缺點(diǎn)。2、 實(shí)驗(yàn)要求利用上一次實(shí)驗(yàn)下載的核酸和蛋白質(zhì)序列，提交到NCBI或者其他擁有BLAST運(yùn)算平臺(tái)的網(wǎng)頁(yè)上，觀察其基本參數(shù)設(shè)定庫(kù)文件類型，并得到計(jì)算結(jié)果；（條件許可時(shí)）在本地服務(wù)器上學(xué)會(huì)用formatdb格式化庫(kù)文件，并輸入BLAST命令進(jìn)行

28、計(jì)算，獲得結(jié)果文件。熟悉并記住blast的每個(gè)步驟、每個(gè)子程序和重要結(jié)果參數(shù)。完成實(shí)驗(yàn)報(bào)告。3、實(shí)驗(yàn)內(nèi)容（1）向網(wǎng)上BLAST服務(wù)器提交序列，進(jìn)行blastp、blastn、blastx、tblastn、tblastx，得到匹配結(jié)果； （2）本地使用BLAST，格式化庫(kù)文件，輸入命令行得到匹配結(jié)果（視條件選作）；（3）對(duì)結(jié)果文件進(jìn)行簡(jiǎn)要描述，闡述生物學(xué)意義。實(shí)驗(yàn)三 核酸序列的基本分析1、 實(shí)驗(yàn)?zāi)康模?）掌握已知或未知序列接受號(hào)的核酸序列檢索的基本步驟；（2）掌握使用BioEdit 軟件進(jìn)行核酸序列的基本分析；（3）熟悉基于核酸序列比對(duì)分析的真核基因結(jié)構(gòu)分析（內(nèi)含子/外顯子分析）；（4）熟悉密碼

29、子偏好性分析；（5）了解基因的電子表達(dá)譜分析。2、 實(shí)驗(yàn)要求利用第一次實(shí)驗(yàn)下載安裝的分析軟件對(duì)前2次實(shí)驗(yàn)搜索得到的DNA序列進(jìn)行一些核酸基本性質(zhì)的分析，完成實(shí)驗(yàn)報(bào)告。3、實(shí)驗(yàn)內(nèi)容（1）使用Entrez或SRS信息查詢系統(tǒng)檢索人瘦素 (leptin) 的mRNA、基因組DNA、外顯子和5調(diào)控區(qū) (promoter) 等核酸序列，連接提取該序列內(nèi)容，閱讀序列格式的解釋，理解其含義；（2）使用BioEdit 軟件對(duì)上述核酸序列進(jìn)行分子質(zhì)量、堿基組成、堿基分布、序列變換以及限制性酶切分析等基本分析，并從BioEdit 軟件的“help”欄了解該軟件的其它功能；（3）使用BioEdit 軟件對(duì)人瘦素 (

30、leptin) 的mRNA序列進(jìn)行可讀框架（ORF）分析；（4）應(yīng)用CodonW對(duì)人瘦素 (leptin) 的mRNA序列進(jìn)行密碼子偏好性分析；（5）使用NCBI查詢系統(tǒng)進(jìn)行人瘦素 (leptin) 的基因組序列分析和基因的電子表達(dá)譜分析；（6）使用Blast2進(jìn)行人瘦素 (leptin) mRNA序列與其外顯子或基因組序列的比對(duì)分析。實(shí)驗(yàn)四 蛋白質(zhì)序列的基本分析1、 實(shí)驗(yàn)?zāi)康模?）掌握蛋白質(zhì)序列檢索的操作方法；（2）熟悉蛋白質(zhì)基本性質(zhì)分析；（3）熟悉基于序列同源性分析的蛋白質(zhì)功能預(yù)測(cè)，了解基于motif、結(jié)構(gòu)位點(diǎn)、結(jié)構(gòu)功能域數(shù)據(jù)庫(kù)的蛋白質(zhì)功能預(yù)測(cè)；2、 實(shí)驗(yàn)要求復(fù)習(xí)鞏固對(duì)蛋白質(zhì)序列數(shù)據(jù)的檢索

31、，進(jìn)一步掌握BioEdit軟件的使用，熟悉蛋白質(zhì)在線分析平臺(tái)的使用，加深對(duì)蛋白質(zhì)基本性質(zhì)的了解。3、實(shí)驗(yàn)內(nèi)容（1）使用Entrez或SRS信息查詢系統(tǒng)檢索人脂聯(lián)素 (adiponectin)蛋白質(zhì)序列；（2）使用BioEdit 軟件對(duì)上述蛋白質(zhì)序列進(jìn)行分子質(zhì)量、氨基酸組成、和疏水性等基本性質(zhì)分析；（3）使用在線分析平臺(tái)ExPASy對(duì)上述蛋白質(zhì)序列進(jìn)行理化性質(zhì)和結(jié)構(gòu)域分析；（3）對(duì)人脂聯(lián)素蛋白質(zhì)序列進(jìn)行基于NCBI/Blast 軟件的蛋白質(zhì)同源性分析；實(shí)驗(yàn)五 生物大分子結(jié)構(gòu)分析與結(jié)構(gòu)預(yù)測(cè)1、 實(shí)驗(yàn)?zāi)康模?）掌握常用大分子空間結(jié)構(gòu)顯示軟件的使用方法；（2）熟悉一些重要的結(jié)構(gòu)預(yù)測(cè)軟件的使用；（3）理

32、解大分子空間結(jié)構(gòu)的數(shù)字表征和結(jié)構(gòu)預(yù)測(cè)的原理；（4）了解大分子結(jié)構(gòu)數(shù)據(jù)庫(kù)的種類、特點(diǎn)和檢索方式。2、 實(shí)驗(yàn)要求復(fù)習(xí)數(shù)據(jù)庫(kù)知識(shí)要點(diǎn)，了解生物大分子的結(jié)構(gòu)特征，會(huì)用本地軟件和在線工具顯示分析大分子的三維空間結(jié)構(gòu)；能熟練運(yùn)用RNA二級(jí)結(jié)構(gòu)預(yù)測(cè)軟件，了解蛋白質(zhì)結(jié)構(gòu)預(yù)測(cè)的常用方法，通過(guò)實(shí)驗(yàn)加深理論課知識(shí)內(nèi)容的理解和掌握。3、實(shí)驗(yàn)內(nèi)容（1）從PDB上下載大分子結(jié)構(gòu)文件（DNA、RNA、蛋白質(zhì)、糖類各一種）；（2）分別用Rosmol和ViewLite等軟件顯示分析下載的分子結(jié)構(gòu)；（3）下載其中的RNA分子所對(duì)應(yīng)的序列，用RNAStructure、RNAdraw等軟件或者M(jìn)Fold在線分析工具對(duì)其二級(jí)結(jié)構(gòu)進(jìn)行預(yù)

33、測(cè)，并與PDB中已有的實(shí)驗(yàn)結(jié)構(gòu)進(jìn)行比較；（4）利用swiss-model對(duì)蛋白質(zhì)序列進(jìn)行三維結(jié)構(gòu)預(yù)測(cè)（蛋白質(zhì)序列可以選用實(shí)驗(yàn)四下載的人脂聯(lián)素）。實(shí)驗(yàn)六 核酸和蛋白質(zhì)序列的進(jìn)化分析1、 實(shí)驗(yàn)?zāi)康模?）熟悉構(gòu)建分子系統(tǒng)發(fā)生樹(shù)的基本過(guò)程，獲得使用不同建樹(shù)方法、建樹(shù)材料和建樹(shù)參數(shù)對(duì)建樹(shù)結(jié)果影響的正確認(rèn)識(shí)；（2）掌握使用Clustalx進(jìn)行序列多重比對(duì)的操作方法；（3）掌握使用Phylip 軟件構(gòu)建系統(tǒng)發(fā)生樹(shù)的操作方法。（4）了解Mega等其他建樹(shù)軟件和TreeView等畫(huà)樹(shù)軟件的使用。2、 實(shí)驗(yàn)要求提前需要復(fù)習(xí)鞏固有關(guān)多重序列比對(duì)的知識(shí)內(nèi)容并理解其原理。每個(gè)小組運(yùn)用不同的建樹(shù)方法和不同建樹(shù)軟件對(duì)同樣一組序列進(jìn)行分析以比較異同。布置課后選作實(shí)踐題目：查找一些生物學(xué)意義明顯的序列進(jìn)行系統(tǒng)發(fā)育分析。3、實(shí)驗(yàn)內(nèi)容（1）使用CLUSTALX軟件對(duì)已知八條DNA序列進(jìn)行多重序列比對(duì)；（2）使用PHYLIP 軟件包構(gòu)建上述DNA分子系統(tǒng)發(fā)生樹(shù)，并以TreeView觀察結(jié)果，比較不同參數(shù)設(shè)置得到的結(jié)果是否有差異；（3）用其他建樹(shù)軟件對(duì)同樣的序列進(jìn)