生物信息学-1

生物信息学基础医学院生化教研室马郁芳生物信息学的定义BIOlogyINFORmaticsmathMATICS生物信息学(Bioinformatics)是生物学与计算机和信息科学相结合的学科。NIHBiomedicalInformationScienceandTechnology(BISTIC)对生物信息学的定义(2000年)Bioinformatics-Research,development,orapplicationofcomputationaltoolsandapproachesforexpandingtheuseofbiological,medical,behavioralorhealthdata,includingthosetoacquire,store,organize,archive,analyze,orvisualizesuchdata.研究、发展和应用计算机工具和方法，以扩大对生物学、医学、行为和健康数据的利用，包括获得、储存、组织、管理、分析以及可视化这些数据。曼哈顿原子弹计划(1942-1946)阿波罗登月计划(1961-1969)人类基因组计划(1990-2003)20世纪三大科学计划人类基因组计划(Humangenomeproject,HGP)•测定人类基因组的DNA序列：3×109bp；•识别基因：约3万个基因；•建立储存这些信息的数据库；•开发数据分析工具。基因组(genome)是一个生物体或细胞中一套染色体的遗传物质的总和，以全长DNA的碱基对(bp)数目表示。基因组=基因+非编码序列Wellcomegenomebookcase人类基因组3x109bp;~25000基因功能预测实验验证CaenorhabditiselegansDrosophilamelanogasterMycobacteriumtuberculosisDaniorerioSaccharomycescerevisiaeEscherichiacoliMusmusculusArabidopsisthaliana一些模式生物体人类微生物组计划(HumanMicrobiomeProject,HMP)旨在对人体不同部位(包括鼻腔，口腔，皮肤，胃肠道和泌尿生殖道)的微生物群落进行定性，并分析这些微生物在人类健康和疾病中的作用。生物信息学(第1版)(供8年制及7年制临床医学等专业用)李霞主编人民卫出版社(2010年)生物信息学(第2版)张阳德科学出版社(2009)第一章概论1.1生物信息学产生的背景1.2人类基因组计划1.3什么事生物信息学1.4生物信息学的研究目标和内容1.5生物信息学的发展1.6生物信息学研究方法的新进展1.7国内外生物信息学研究现状1.8生物信息学的主要意义和展望1.9生物信息学与生物实验的关系第二章生物学基础2.1生命起源和分子进化2.2生物的分类2.3核酸2.4蛋白质第三章生物信息数据库及其信息检索第四章序列比对与算法第五章核酸序列分析第六章蛋白质结构预测和分子设计第七章基因组信息学第八章蛋白质组信息学第九章生物信息学前沿附录一生物信息学相关数据库附录二生物信息学重要软件简介附录三生物信息学名词解释附录四习题IntroductiontoBioinformaticsArthurLeskOxford,June2008ISBN-10:0199208042；ISBN-13:978-0199208043基因蛋白质结构、识别、调节、催化、转运、运动、免疫等Replication(基因组)基因基因表达(geneexpression)是极其复杂的过程，多种因素控制mRNA和蛋白质的生成以及蛋白质的平衡。基因表达DNA分子结构基因组结构(原核生物与真核生物的区别)基因的结构(原核生物与真核生物的区别)基因组复制(原核生物与真核生物的区别)DNA突变、基因突变、SNP基因克隆：基因组文库、PCR基因检测：PCR、Southernblot、DNA芯片、DNA测序突变基因检测：PCR、SSCP-PCR、DNA芯片、DNA测序基因调控序列的研究：DNA-蛋白质互作、报告基因的检测基因功能的研究：基因敲除、转基因DNARNA蛋白质SNP(Singlenucleotidepolymorphism，单核苷酸多态性)是指在基因组水平上由单个核苷酸的变异所引起的DNA序列多态性。SNP在人类基因组中广泛存在，平均每500-1000个碱基对中就有1个。RNA分子结构(原核生物与真核生物的区别)RNA分类和功能(原核生物与真核生物的区别)RNA转录(原核生物与真核生物的区别)RNA加工(真核生物)RNA转录水平的调控cDNA克隆：cDNA文库、RT-PCR基因表达的检测：RT-PCR、Northernblot基因差异表达的检测：SAGE、表达芯片、RNA测序及生物信息学分析原核生物基因功能的研究：反义RNA真核生物基因功能的研究：反义RNA、RNAi、miRNADNARNA蛋白质蛋白质的功能：结构蛋白、催化作用、运输、调节作用、免疫作用蛋白质的组成蛋白质分子结构与功能的关系蛋白质的生物合成(翻译)：(原核生物与真核生物的区别)蛋白质的检测：Westernblot蛋白质的功能鉴定：各种方法靶基因在宿主中的高表达：蛋白质表达技术靶蛋白的结构测定：X-射线衍射技术、NMR、高分辨电子显微镜靶基因在真核细胞中的功能研究：基因(cDNA)的暂态表达及稳定表达基因治疗：蛋白质表达技术蛋白质-蛋白质相互作用：免疫共沉淀、酵母双杂交、细菌双杂交蛋白质组学研究：2D电泳-质谱分析、LC-质谱分析、生物信息学分析DNARNA蛋白质•基因、DNA片段及cDNA测序•基因组测序•蛋白质的肽质谱分析、晶体结构测定及相互作用分析等核酸及蛋白质信息的获得利用基因组学、转录组学、蛋白质组学和代谢组学等多组学技术研究临床疾病，促进转化医学的发展。基因组(Genome)生物体或细胞中遗传物质的总和，包括基因和非编码序列。转录组(Transcriptome)特定细胞、组织在某一生理状态下所有RNA的总和，包括mRNA和非编码(tRNAs，rRNAs，miRNAs，lncRNAs等)。蛋白质组(Proteome)特定细胞、组织在某一生理状态下所有蛋白质的总和。代谢组(Metabolome)生物体内源性代谢物质的动态整体。代谢组目前只涉及相对分子质量约小于1000Da的小分子代谢物质。DNA测序技术•双脱氧链终止法(Sanger法)•焦磷酸测序(Pyrosequencing)•Single-moleculesequencing•Array-basedDNAcapturewithNimbleGenTMsequencecapturetechnology•Ionsemiconductorsequencing=220用Sanger法测定目的DNA或cDNA的核苷酸序列ATGACGTTTCCTGGTGACACCGCGGTCCTGGTCCTAGCGGCCGGGCCCGGGACCCGGATG60CGTTCGGACACCCCCAAGGTGCTGCACACACTCGCCGGTCGCAGCATGCTGTCGCATGTA120CTGCATGCGATCGCCAAGCTGGCGCCGCAGCGTCTAATCGTGGTGCTGGGACACGATCAC180CAGCGCATCGCGCCGCTAGTCGGTGAACTCGCCGACACCCTAGGCCGAACGATCGACGTC240GCCCTGCAGGATCGACCGCTAGGGACCGGGCATGCGGTACTCTGCGGGCTGTCCGCGCTG300CCCGATGACTACGCCGGCAACGTCGTGGTCACCTCGGGAGATACCCCGCTGCTGGACGCC360GACACGCTGGCCGACTTGATCGCCACCCACCGCGCGGTGTCGGCTGCGGTGACGGTGCTG420ACCACGACGCTGGATGATCCCTTCGGCTACGGCCGCATCCTGCGCACCCAGGATCACGAA480GTCATGGCGATCGTGGAGCAAACCGACGCGACACCATCGCAGCGGGAAATCCGCGAAGTC540AACGCCGGCGTCTACGCCTTCGACATCGCCGCGCTGCGGTCCGCACTGAGCCGGCTGAGC600TCCAACAACGCCCAACAGGAGCTCTACCTCACCGACGTCATCGCCATCTTGCGCTCCGAC660GGCCAGACCGTACATGCCAGCCACGTCGACGACAGCGCGTTGGTGGCCGGCGTCAACAAT720CGCGTCCAGCTGGCCGAGCTGGCCTCCGAACTCAACCGGCGGGTGGTGGCCGCTCACCAG780CTGGCCGGCGTCACCGTCGTCGACCCGGCTACCACCTGGATCGACGTCGACGTCACCATC840GGCCGCGACACCGTCATTCACCCGGGTACCCAGTTGCTGGGCCGCACCCAGATCGGCGGT900CGCTGTGTCGTCGGTCCCGACACCACCCTGACCGACGTCGCCGTCGGCGACGGTGCCTCG960GTGGTGCGCACCCACGGTTCGTCGTCGTCGATTGGGGATGGCGCCGCGGTCGGGCCCTTC1020ACCTACCTGCGGCCCGGAACCGCGTTGGGCGCCGACGGCAAGCTGGGCGCGTTCGTCGAG1080GTCAAGAACTCCACCATCGGCACCGGCACCAAGGTGCCGCACCTGACCTACGTCGGCGAC1140GCCGACATCGGCGAGTACAGCAACATCGGCGCCTCCAGCGTGTTCGTCAACTACGACGGT1200ACGTCCAAACGGCGCACCACCGTCGGTTCGCACGTACGGACCGGGTCCGACACCATGTTC1260GTGGCCCCAGTAACCATCGGCGACGGCGCGTATACCGGGGCCGGCACAGTGGTGCGGGAG1320GATGTCCCGCCGGGGGCGCTGGCAGTGTCGGCGGGTCCGCAACGCAACATCGAGAACTGG1380GTGCAGCGCAAACGCCCCGGCAGCCCAGCGGCTCAGGCCTCAAAAAGAGCCTCAGAAATG1420GCCTGCCAACAGCCCACACAACCACCCGACGCTGATCAGACACCGTGA1488核酸的书写：从5’端向3’端；5’端在左侧，3’端在右侧。基因组测序GarrawayLAandLanderES.Lessonsfromthecancergenome.Cell2013,153:17-37.新的癌症基因:影响细胞信号转导、染色质、表观遗传调控、RNA剪接、蛋白质的动态平衡和代谢等。GarrawayLAandLanderES.LessonsfromthecancergenomeCell2013,153:17-37.新的癌症基因：影响细胞信号转导、染色质、表观遗传调控、RNA剪接、蛋白质的动态平衡和代谢等。DNA芯片(DNAChip)技术•DNA芯片技术是一种大规模集成的固相杂交。•在固相支持物上原位合成寡核苷酸或者直接将大量预先制备的DNA探针有序地固化于支持物表面，然后与标记的DNA或RNA样品杂交。•通过检测杂交信号来分析样品的基因序列或表达信息。ArrayerHybridizationOv