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1、1陕西师范大学本科生物科学专业（基地班）理论课教学大纲生物信息学（Bioinformatics）课程编码：0842005学时：54（其中理论教学 18 学时，计算机操作 36 学时）学分：3课程属性：专业限定选修课开课单位：生命科学学院先修课程：生物化学与分子生物学、遗传学、计算机基础一、课程的性质专业基础课程二、教学目的本课程的目的是使学生掌握生物信息学这门新的交叉学科的基本知识、核心技术和计算机应用软件的操作能力，同时了解国内外生物信息学的研究进展及主要研究内容。通过本课程的理论学习和计算机软件操作练习，使学生能够掌握生物信息学的基础知识与概念，了解生物信息学网络资源，获得解决在生物学研究
2、过程中遇到的有关生物信息学问题的方法和技能。三、教学内容生物信息学是信息时代生物学研究的公共平台，是现代生物学研究的重要工具。生物信息学课程的内容可以概括为生物学数据库、算法、软件、应用生物信息学方法和软件解决具体的生物学问题等四个方面。具体内容包括：生物信息学概述，数据的获得与处理，数据库的内容、结构及数据的检索方式，常用生物学数据库、数据库检索，序列相似性搜索，序列比对，分子进化与系统发育学，基因组信息学，基因和蛋白质家族分类，结构信息学，微阵2列数据分析，蛋白质组数据分析和其他生物学信息学等。四、学时分配章 课程内容 学时1 Introduction to Bioinformatics
3、22 Biological Databases 23456789NCBI and BLAST searchingSequence alignmentMolecular evolution and phylogeneticsDNA sequence analysisGenome informaticsProtein sequence analysis and Protein families classificationProtein structure and structural classification2222222五、教学方式多媒体课件，双语教学。六、考核方式考查，成绩由 12 次计
4、算机实验报告（每个实验 5 分，共 60 分）及研究型论文（40 分）二部分组成。七、教材及教学参考书Instant Notes in Bioinformatics,（影印本）D.R.Westhead英，J.H.Parish英，R.M.Twyman英（著） ，科学出版社，2002。参考书目1 生物信息学(中译本第 2 版先锋版)/精要速览系列， (英国)D.R.韦斯特海德等著/王明怡等译，科学出版社。2 生物信息学序列与基因组分析 Mount（著）/钟扬等译 科学出版社。3 David W.Mount Bioinformatics :sequence and genome analysis影印
5、本，科学出版社,2002.八、教学基本内容及要求Chapter 1 Introduction to Bioinformatics1. 教学基本要求掌握生物信息学的基本概念、发展历史、研究内容和研究方法及核心技术，了解生物信息学的计算机硬件和软件知识。2.教学具体内容3Chapter 1 Introduction to Bioinformatics1.1 What is Bioinformatics?1.2 Brief History of Bioinformatics1.3 Sources of Biology Information1.4 Becoming a Bioinformaticia
6、n1.5 Bioinformatics technology本章的重点是生物信息学的概念（1.1） 、生物信息的来源（1.2）及核心生物信息学技术（1.4） 。Chapter 2. Biological Databases1. 教学基本要求了解数据库的原理和类型及生物学数据库的分类；掌握生物学数据库常用的格式；熟悉各类生物学数据库及其查询和搜索的原理与方法。2. 教学具体内容Chapter 2. Biological Databases2.1 Database overview2.2 Database format2.3 Primary and secondary databases2.4 D
7、atabase classification2.5 Database searching本章的重点是数据库格式与数据库查询和搜索的原理与方法。Chapter 3. NCBI and BLAST searching1. 教学基本要求熟悉生物信息学领域最重要的资源 NCBI 及其提供的主要服务内容；掌握利用 NCBI 的综合搜索引擎 ENTREZ 进行生物医学文献、序列和结构数据的搜索方法；掌握 GenBank 数据库格式；学会使用 BLAST 和 PSI-BLAST 搜索 GenBank 数据库的方法。2. 教学具体内容Chapter 3. NCBI and BLAST searching43.
8、1 Overview of NCBI3.2 PubMed3.3 ENTREZ3.4 BLAST3.5 Position Specific Iterated-BLAST(PSI-BLAST)本章的重点是使用 BLAST 和 PSI-BLAST 搜索 GenBank 数据库的方法。Chapter 4. Sequence alignment1. 教学基本要求本章是生物信息学最核心的内容，必须掌握序列比对的概念、原理与方法以及多序列数据格式；并学会使用常用的序列比对软件 CLUSTALX 对 DNA 和蛋白质序列进行比对。2. 教学具体内容Chapter 4. Sequence alignment4.
9、1 Homology and sequence alignment 4.2 Pairwise Sequence Alignment4.3 Multiple sequence alignment4.4 Alignment softwares4.5 Biological sequence data formats本章的难点是序列比对的动态规划算法，重点是多序列比对的原理和软件，尤其是比对软件 CLUSTALX 的使用方法。Chapter 5. Molecular evolution and phylogenetics1. 教学基本要求本章是生物信息学的第二个核心内容，必须掌握序列同源与系统发育的概
10、念和系统发育重建的原理与方法；并学会使用常用的序列进化分析软件 MEGA3 对 DNA 和蛋白质序列进行进化分析。2. 教学具体内容Chapter 5. Molecular evolution and phylogenetics5.1 Basics of molecular evolution 55.2 Basics of phylogenetics5.3 Distance methods5.4 Parsimony methods5.5 Maximum likelihood method5.6 Assessing reliability of Tree本章的难点是系统发育重建原理及算法，重点是
11、系统发育分析的原理和软件，尤其是软件 MEGA3 所涉及的原理与使用方法。Chapter 6. DNA sequence analysis1. 教学基本要求本章的内容涉及到的生物学原理相对简单，但对统计学与信息学基础知识要求较高。掌握基因预测及引物设计的原理与方法；并学会使用常用的基因预测及引物设计软件。2. 教学具体内容Chapter 6. DNA sequence analysis6.1 Statistical Models for Sequence6.2 Correlation of nucleotides in a DNA sequence6.3 Conceptual Translat
12、ion6.4 Finding Restriction Enzyme Sites6.5 Predicting genes6.6 Eukaryotic Promoter Prediction6.7 PCR Primer design本章的重点是基因预测及引物设计的原理和软件。Chapter 7. Genome informatics1. 教学基本要求了解基因组学的研究现状和基因组信息学的基本内容；了解基因组数据组装和注释的步骤和软件；熟悉常用的基因组数据浏览器的界面和功能。2. 教学具体内容Chapter 7. Genome informatics67.1. Genomics and genome
13、 projects7.2 Overview of genome analysis7.3 Gene modeling7.4 Genome Annotation7.5 Genome Browsers本章的难点是基因组组装和注释，重点是基因组组装和注释的原理和软件以及基因组数据浏览器的应用。Chapter 8. Protein sequence analysis and Protein families1. 教学基本要求了解应用生物信息学方法表征蛋白质的原理；熟悉蛋白质组学网络资源。掌握分析、识别和预测蛋白质的原理与方法；并学会使用常用的蛋白质网络信息资源。2. 教学具体内容Chapter 8. P
14、rotein sequence analysis and proteomics informatics8.1 Protein composition and identification8.2 Protein characterization8.3 Primary structure analysis8.4 Protein families and motifs本章的重点是蛋白质表征的生物信息学方法。 Chapter 9 Protein structure and structural classification1.教学基本要求了解获得蛋白质三维结构的各种测定方法和三维结构分类，掌握蛋白质三
15、维结构的基础知识和研究方法，学习使用蛋白质结构数据库、结构分类数据库和三维结构图形显示软件。2.教学具体内容Chapter 9 Protein structure and structural classification9.1 Protein structure basic9.2 Methods for solving protein structure9.3 Structure database79.4 Structure visualization9.5 Protein structure domain9.6 Structure classification databases9.7 Protein structure prediction本章的重点有四：一是蛋白质三维结构数据库的格式，二是蛋白质三维结构图形显示的原理和软件，三是蛋白质三维结构的分类原理与三维结构分类数据库，四是同源建模的概念和方法。九、实验部分本课程有 36 学时（12 单元）的计算机操作实验，具体内容见本课程的实验教学大纲。
