生物信息學(xué)分析實(shí)踐

前言

　　隨著計(jì)算機(jī)科學(xué)、信息科學(xué)等飛速發(fā)展，一門(mén)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(jì)算機(jī)信息科學(xué)等多門(mén)學(xué)科，至今已經(jīng)廣泛地滲透到科學(xué)研究的各個(gè)方面，成為一門(mén)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(lèi)生物學(xué)軟件和數(shù)據(jù)庫(kù)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(zhǎng)專(zhuān)業(yè)領(lǐng)域的不同，研究人員面對(duì)大量的生物學(xué)軟件及數(shù)據(jù)庫(kù)常無(wú)所適從。目前國(guó)內(nèi)外已有不少優(yōu)秀的生物信息學(xué)教材與專(zhuān)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(kù)介紹，對(duì)于數(shù)據(jù)實(shí)例分析實(shí)踐的專(zhuān)著尚不多見(jiàn)。為此，本書(shū)編寫(xiě)的目的就是為不同專(zhuān)業(yè)背景的讀者提供一本實(shí)用的生物信息學(xué)分析入門(mén)書(shū)，讓讀者在實(shí)例分析的過(guò)程中，不僅學(xué)會(huì)工具軟件的操作使用，更能學(xué)會(huì)思考與解決科研問(wèn)題?！　?008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(guò)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(xiàn)的人員發(fā)出邀請(qǐng)，希望他們加入《生物信息學(xué)分析實(shí)踐》編委會(huì)，共同編寫(xiě)本書(shū)。很快，中國(guó)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(guó)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(yàn)檢疫局沈建國(guó)、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(xiě)本書(shū)。本書(shū)由吳祖建、高芳鑾、沈建國(guó)擔(dān)任主編。

內(nèi)容概要

本書(shū)內(nèi)容主要包括生物信息學(xué)簡(jiǎn)介、三大數(shù)據(jù)庫(kù)檢索、引物設(shè)計(jì)及測(cè)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(cè)、系統(tǒng)發(fā)育分析、RNA分析、參考文獻(xiàn)管理。本書(shū)的一大特色在于豐富的實(shí)例和圖表，使讀者可以很直觀地了解和掌握書(shū)中的內(nèi)容。    本書(shū)取材新穎，實(shí)踐性強(qiáng)，是一本實(shí)用的生物信息學(xué)分析手冊(cè)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(zhuān)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(shū)籍目錄

序前言第一章  生物信息學(xué)簡(jiǎn)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?jī)?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(diǎn)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(kù)檢索  2.1  綜合性數(shù)據(jù)庫(kù)NCBI    2.1.1  NCBI簡(jiǎn)介    2.1.2  NCBI數(shù)據(jù)庫(kù)介紹    2.1.3  Entrez簡(jiǎn)介    2.1.4  Entrez檢索實(shí)例  2.2  綜合性數(shù)據(jù)庫(kù)EMBL-EBI    2.2.1  EBI簡(jiǎn)介    2.2.2  EBI數(shù)據(jù)庫(kù)簡(jiǎn)介    2.2.3  SRS簡(jiǎn)介    2.2.4  SRS檢索實(shí)例    2.2.5  BioMart簡(jiǎn)介    2.2.6  BioMart檢索實(shí)例  2.3  UCSC基因組瀏覽器    2.3.1  UCSC基因組瀏覽器簡(jiǎn)介    2.3.2  UCSC基因組瀏覽器檢索實(shí)例第三章  引物設(shè)計(jì)及測(cè)序結(jié)果分析  3.1  引物設(shè)計(jì)    3.1.1  概述    3.1.2  常規(guī)PCR引物設(shè)計(jì)實(shí)例分析    3.1.3  簡(jiǎn)并引物設(shè)計(jì)  3.2  測(cè)序結(jié)果分析  3.3  序列拼接實(shí)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(duì)分析    4.2.1  BLAST比對(duì)    4.2.2  雙序列比對(duì)    4.2.3  多序列比對(duì)  4.3  基因結(jié)構(gòu)識(shí)別    4.3.1  ORF識(shí)別及其可靠性驗(yàn)證    4.3.2  啟動(dòng)子及轉(zhuǎn)錄因子結(jié)合位點(diǎn)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(hào)肽預(yù)測(cè)    5.1.5  Coil區(qū)分析    5.1.6  亞細(xì)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(cè)    5.3.1  蛋白質(zhì)二級(jí)結(jié)構(gòu)預(yù)測(cè)    5.3.2  蛋白質(zhì)三級(jí)結(jié)構(gòu)預(yù)測(cè)    5.3.3  蛋白質(zhì)結(jié)構(gòu)預(yù)測(cè)方法評(píng)價(jià)  5.4  抗原表位預(yù)測(cè)分析    5.4.1  B淋巴細(xì)胞抗原表位預(yù)測(cè)分析    5.4.2  T淋巴細(xì)胞抗原表位預(yù)測(cè)分析第六章  分子進(jìn)化與系統(tǒng)發(fā)育分析  6.1  進(jìn)化的分子基礎(chǔ)    6.1.1  進(jìn)化樹(shù)與分子系統(tǒng)學(xué)    6.1.2  相似性與同源性    6.1.3  分子進(jìn)化  6.2  系統(tǒng)發(fā)育分析    6.2.1  DNA和氨基酸序列的進(jìn)化演變    6.2.2  系統(tǒng)發(fā)育樹(shù)的種類(lèi)    6.2.3  用于系統(tǒng)發(fā)育分析的分子標(biāo)記選擇    6.2.4  常用的構(gòu)樹(shù)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(yàn)    6.3.1  系統(tǒng)發(fā)育分析方法可靠性的評(píng)價(jià)    6.3.2  系統(tǒng)樹(shù)的誤差分析及消除方法  6.4  系統(tǒng)樹(shù)的評(píng)估  6.5  系統(tǒng)發(fā)育分析實(shí)例    6.5.1  使用MEGA軟件重建NJ樹(shù)    6.5.2  使用PAUP軟件重建NJ樹(shù)    6.5.3  使用MEGA軟件重建MP樹(shù)    6.5.4  使用PAUP軟件重建MP樹(shù)    6.5.5  使用PAUP軟件重建ML樹(shù)    6.5.6  貝葉斯樹(shù)第七章  RNA分析  7.1  RNA簡(jiǎn)介    7.1.1  RNA的結(jié)構(gòu)    7.1.2  RNA的功能    7.1.3  RNA研究進(jìn)展與展望  7.2  RNA二級(jí)結(jié)構(gòu)    7.2.1  RNA的二級(jí)結(jié)構(gòu)概述    7.2.2  RNA二級(jí)結(jié)構(gòu)的預(yù)測(cè)方法    7.2.3  RNA結(jié)構(gòu)預(yù)測(cè)實(shí)例分析  7.3  高效siRNA的設(shè)計(jì)    7.3.1  RNAi的作用機(jī)制    7.3.2  siRNA的設(shè)計(jì)原則    7.3.3  影響RNAi的其他因素    7.3.4  siRNA的設(shè)計(jì)步驟    7.3.5  siRNA的合成    7.3.6  siRNA干涉效果的評(píng)判    7.3.7  siRNA相關(guān)數(shù)據(jù)庫(kù)介紹    7.3.8  siRNA設(shè)計(jì)實(shí)例分析  7.4  microRNA分析    7.4.1  microRNA作用機(jī)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(cè)的實(shí)例分析主要參考文獻(xiàn)及網(wǎng)址附錄  附錄1  常用生物學(xué)數(shù)據(jù)庫(kù)  附錄2  各種主要的RNA二級(jí)結(jié)構(gòu)預(yù)測(cè)軟件比較  附錄3  名詞解釋彩圖

章節(jié)摘錄

　　人類(lèi)基因組計(jì)劃的目的是解碼生命、了解生命的起源、了解生命體生長(zhǎng)發(fā)育的規(guī)律、認(rèn)識(shí)種屬之間和個(gè)體之間存在差異的起因、認(rèn)識(shí)疾病產(chǎn)生的機(jī)制以及長(zhǎng)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(lèi)基因組計(jì)劃的完成，為人類(lèi)生命科學(xué)開(kāi)辟了一個(gè)新紀(jì)元，它對(duì)生命本質(zhì)、人類(lèi)進(jìn)化、生物遺傳、個(gè)體差異、發(fā)病機(jī)制、疾病防治、新藥開(kāi)發(fā)、健康長(zhǎng)壽等領(lǐng)域，以及對(duì)整個(gè)生物學(xué)都具有深遠(yuǎn)的影響和重大的意義，標(biāo)志著人類(lèi)生命科學(xué)一個(gè)新時(shí)代的來(lái)臨。2.人類(lèi)蛋白質(zhì)組計(jì)劃事實(shí)上，HGP的正式完成只意味著邁出了萬(wàn)里長(zhǎng)征的第一步，僅僅測(cè)繪出基因組序列并非這一計(jì)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(jìn)一步了解生物世界的更多信息就必須對(duì)基因編碼產(chǎn)物——蛋白質(zhì)進(jìn)行系統(tǒng)深入的研究。針對(duì)這一重大的科學(xué)命題，多國(guó)科學(xué)家共同組織啟動(dòng)了人類(lèi)蛋白質(zhì)組計(jì)劃（human proteome project，HPP）。早在20世紀(jì)90年代中期人類(lèi)基因組計(jì)劃成形時(shí)，就有研究人員考慮過(guò)人類(lèi)蛋白質(zhì)組計(jì)劃，但由于蛋白質(zhì)組的規(guī)模和復(fù)雜性而一直沒(méi)能實(shí)現(xiàn)。隨著基因大規(guī)模測(cè)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(jì)數(shù)量大大減少。過(guò)去預(yù)測(cè)的數(shù)量是5萬(wàn)～10萬(wàn)個(gè)，而現(xiàn)在認(rèn)為只有約2.1 萬(wàn)個(gè)，這使得人類(lèi)蛋白質(zhì)組的規(guī)模變得更容易處理?；蚪M計(jì)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(jì)劃得以實(shí)現(xiàn)，這是繼國(guó)際人類(lèi)基因組計(jì)劃之后的又一項(xiàng)大規(guī)模的國(guó)際性科技工程，無(wú)論在科學(xué)目標(biāo)、研究策略、技術(shù)體系，還是在跨國(guó)組織、實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)整合分析等方面，均較人類(lèi)基因組計(jì)劃更具挑戰(zhàn)性和復(fù)雜性。首批行動(dòng)計(jì)劃包括中國(guó)科學(xué)家牽頭的“人類(lèi)肝臟蛋白質(zhì)組計(jì)劃”和美國(guó)科學(xué)家牽頭的“人類(lèi)血漿蛋白質(zhì)組計(jì)劃”。由于中國(guó)在蛋白質(zhì)研究方面的雄厚實(shí)力，HPP將總部設(shè)在中國(guó)北京，其中“人類(lèi)肝臟蛋白質(zhì)組計(jì)劃”由中國(guó)科學(xué)家領(lǐng)導(dǎo)執(zhí)行，這是我國(guó)科學(xué)家第一次領(lǐng)導(dǎo)執(zhí)行重大國(guó)際科技協(xié)作計(jì)劃。

編輯推薦

　　寫(xiě)法特點(diǎn)：原理、方法、操作相結(jié)合，從基礎(chǔ)理論出發(fā)，循序漸進(jìn)，以漸進(jìn)式實(shí)例引導(dǎo)讀者學(xué)習(xí)，適時(shí)闡述文中要點(diǎn)，讓讀者在實(shí)例中鞏固理論基礎(chǔ)。實(shí)例特點(diǎn)：實(shí)例取材自科研第一線(xiàn)背景的素材，實(shí)踐性強(qiáng)，覆蓋面廣，讓讀者在實(shí)例分析的過(guò)程中，不僅學(xué)會(huì)工具軟件的操作使用，更能學(xué)會(huì)思考與解決問(wèn)題。操作演示：漸進(jìn)式的實(shí)例演示，圖文并茂，簡(jiǎn)單易學(xué)，花幾分鐘即可學(xué)會(huì)一個(gè)實(shí)例。對(duì)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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