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1、一、生物信息学科的发展和研究内容 生物信息学是信息科学领域和生命科学领域 的一门新兴的、应用型交叉学科。生物信息学是信息科学领域和生命科学领域 的一门新兴的、应用型交叉学科。 以计算机为主要工具，以以计算机为主要工具，以大量大量生物数据库和分析软件为基础生物数据库和分析软件为基础 采用数理和信息科学的理论、技术和方法， 分析生物学数据，研究生命现象的一门科学采用数理和信息科学的理论、技术和方法， 分析生物学数据，研究生命现象的一门科学 为人类揭示生命的奥秘提供了一条新的途径为人类揭示生命的奥秘提供了一条新的途径 依赖于因特网依赖于因特网DDBJ 核苷酸数据库核苷酸数据库1986GenBank
2、和和 EMBL核苷酸数据库核苷酸数据库19821、发展简况、发展简况M. Dayhoff 开始收集蛋白质序列开始收集蛋白质序列1960sProtein Information Resource （PIR）“the mother and father of bioinformatics”David J. Lipman (Director of NCBI)Protein sequence atlas生物信息学生物信息学 (Bioinformatics)Computational biologyBiology with computer1991SWISS-PROT蛋白质数据库蛋白质数据库1986BL
3、AST程序程序1990国家生物技术信息中心 （国家生物技术信息中心 （NCBI）1988In vivoIn vitroIn silicoHuman genome project (HGP)生物信息学学科的迅速发展在生物信息学学科的迅速发展在90年代年代1. identify all the approximately 20,000-25,000 genes in human DNA, 2. determine the sequences of the 3 billion chemical base pairs that make up human DNA, 3. store this info
4、rmation in databases, 4. improve tools for data analysis, 5. transfer related technologies to the private sector, 6. address the ethical, legal, and social issues (ELSI) that may arise from the project. Goals2、生物信息学基本方法和技术、生物信息学基本方法和技术 建立生物数据库建立生物数据库 各种公共数据库各种公共数据库 本地化数据库本地化数据库 数据库检索数据库检索 各种数据检索工具的开
5、发和使用各种数据检索工具的开发和使用 Entrez检索体系检索体系 BLAST检索体系检索体系 生物大分子序列分析生物大分子序列分析 Homologous sequence analysis（同源序列分析）（同源序列分析） Multiple sequence alignment （多序列对位排 列）（多序列对位排 列） Evolution analysis（进化分析进化分析） 基因组分析基因组分析 Phylogeny inference（系统发育分析系统发育分析） 进化进化方式方式分析分析 进化进化位点位点分析分析结果分析分析结果举例举例 序列拼接序列拼接 序列注释序列注释基因功能、结构分析基
6、因功能、结构分析蛋白质功能、结构分析蛋白质功能、结构分析蛋白质三维结构预测蛋白质三维结构预测蛋白质修饰蛋白质修饰Electronic PCR统计模型统计模型Hidden Markov model（HMM，隐马尔可夫模 型）基因识别和药物设计，隐马尔可夫模 型）基因识别和药物设计Maximum likelihood model（最大似然模型）序列进化分析（最大似然模型）序列进化分析数学算法数学算法自动序列拼接自动序列拼接外显子预测外显子预测同源序列比较同源序列比较 收集、整理、储存、加工、发布和 分析生物学数据收集、整理、储存、加工、发布和 分析生物学数据3、生物信息学的研究内容、生物信息学的研
7、究内容 发展新的数理和信息科学的技术和 方法用于管理和分析生物数据发展新的数理和信息科学的技术和 方法用于管理和分析生物数据（生物工作者）（数理和信息 科学工作者）（生物工作者）（数理和信息 科学工作者）4、生物信息学的应用、生物信息学的应用 基础研究和教学基础研究和教学 分子生物学研究的重要手段之一分子生物学研究的重要手段之一 生命科学的教学生命科学的教学 药物开发药物开发 新药筛选新药筛选 药靶设计药靶设计 分子药理学研究分子药理学研究疾病诊断疾病诊断利用疑难病症的病原利用疑难病症的病原DNA序列诊断疾病序列诊断疾病遗传病遗传病其他其他环境监测环境监测 (Metagenomics)食品安全
8、检测食品安全检测海关检测海关检测5、因特网的域名（、因特网的域名（domain name)规定)规定 三级或四级域名四级域名三级或四级域名四级域名.三级域名三级域名.二级域名二级域名.顶级域名顶级域名 我校一台名为我校一台名为bioinformatics 主机的域名主机的域名ncbi.nlm.nih.gov6、本课程主要内容、本课程主要内容 检索数据库检索数据库 序列数据的检索和分析序列数据的检索和分析 比较基因组学（比较基因组学（comparative genomics） 物种进化物种进化 文字数据（文献）的检索文字数据（文献）的检索 序列（序列（DNA、蛋白质）数据的检索、蛋白质）数据的检
9、索 其他（三维结构、网络图等）数据的检索其他（三维结构、网络图等）数据的检索 分析和解释实验数据（核苷酸和蛋白质序列）利用国际上共享的数据库和分析软件分析和解释实验数据（核苷酸和蛋白质序列）利用国际上共享的数据库和分析软件7、上机操作、上机操作1、初步了解、初步了解Internet上的数据库和分析工具上的数据库和分析工具2、Internet 上的自教课程上的自教课程http:/www.ncbi.nlm.nih.gov/Educationhttp:/www.ebi.ac.uk/2can/home.htmlXa26 家族进化77 80 6577 64 62 6264 6510 kb 10 kb 1
10、.7 kb repeat (96% identity)7.3 kb invert repeat (95% identity)NRKa2 NRKf2 NRKc1 NRKc2NRKd2 NRKb2 NRKf3MRKd(MRKb)MRKcMRKa Xa26明恢明恢63（籼稻）（籼稻）明恢明恢63（籼稻）（籼稻）465 bp repeat (94% identity)9RKd 9RKe 9RKf 9RKg 9RKc 9RKh 9RKa 9RKbCentromereTelomere78 80 8063 69 669RKd 9RKe 9RKf 9RKg 9RKc 9RKh 9RKa 9RKbCentrom
11、ereTelomereTelomere78 80 8063 69 6678 79 7962NRKd1 NRKe NRKb1 NRKf1NRKa178 79 7962NRKd1 NRKe NRKb1 NRKf1NRKa178 80 8063 69 66TRKdTRKe TRKbTRK f TRKgTRKcTKRi TRKj3.6 kb duplication (99% identity)TRKaTKRh? 78 80 8063 69 66TRKdTRKe TRKbTRK f TRKgTRKcTKRi TRKj3.6 kb duplication (99% identity)TRKaTKRh?日本
12、晴（粳稻）特青（籼稻）日本晴（粳稻）特青（籼稻）93-11（籼稻）（籼稻）95% identity97% identity98-100% identity95% identity97% identity98-100% identityParalog OrthologParalog OrthologPlant Physiol. 140:998-1008 (2006)IIIKinase domainAMRKb NRKb1 NRKb2 9RKb TRKb MRKa NRKa2 NRKa1 9RKa TRKa 9RKe TRKe NRKe MRKd NRKd2 NRKd1 9RKd TRKd 9RKc
13、 TRKc MRKc NRKc2 TRKh NRKc1 9RKf TRKf NRKf2 NRKf1 NRKf3 TRKg TRKj 9RKg Xa21100100999799 91951001009510099 10079981007810099100100 96 94 1000.1 DIntronNRKd1 TRKd 9RKd NRKd2 NRKe 9RKe TRKe MRKd 9RKb TRKb NRKb2 MRKb NRKb1 MRKa NRKa1 9RKa NRKa2 TRKa 9RKc TRKc MRKc NRKc1 NRKc2 9RKh TRKh 9RKf TRKf NRKf1 N
14、RKf2 NRKf3 TRKg 9RKg TRKj8780 88100100801008846 999998989910077100979310088751009941100730.1 IIIIIILRR domainBIIILRR domainBMRKb NRKb1 NRKb2 9RKb TRKb NRKe 9RKe TRKe NRKa2 MRKa NRKa1 9RKa TRKa NRKd2 9RKd TRKd MRKd NRKd1 9RKc TRKc MRKc NRKc1 NRKc2 9RKg TRKg NRKf3 9RKf TRKf NRKf1 NRKf2 Xa21100100100100100 100991001001007585985493100939910098100805510010097580.10.1IComplete coding regionC9RKa TRKa NRKa1 MRKa NRKa2 9RKb TRKb NRKb2 MRKb NRKb1 9RKe TRKe NRKe MRKd NRKd2 NRKd1 9RKd TRKd 9RKc TRKc MRKc NRKc1
