安阳工学院 生物信息学

生物信息学

—— 课程团队

 

 

安阳市生物信息重点实验室

2016年03月24日 11:35  点击：[229]

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    “安阳市生物信息学重点实验室”于2015年12月经安阳市科学技术局批准成立，以安阳工学院生物与食品工程学院为依托建设。实验室主要研究方向为分子相互作用网络、基因组数据分析、蛋白质结构与分子模拟。实验室在学科建设、学生培养、教学和科研等方面发挥了重要作用。实验室现有研究人员10人，其中教授1人，副教授3人，中级职称6人，9人具有博士学位。实验室主任由刘震担任。实验室人员近年来先后主持或参与省、市科研项目10项，发表学术论文12篇（SCI、EI收录10篇），出版著作3部，获批国家软件著作86项。实验室现有仪器设备总价值90余万元，科研用房面积160平方米。

 课程概述

生物信息学(Bioinformatics)是研究生物学信息的采集、处理、存储、分析和解释等的学科，是随着生命科学和计算机科学的迅猛发展而出现的。高通量测序技术为生物学积累了海量的数据资源，利用生物信息学的方法和手段对这些数据进行分析及整合，将可以使生物学拥有一个全新的研究思路和方法。

本课程的目标是简要而全面地介绍生物信息学的各个研究方向，主要包括：序列比对、高通量测序技术的原理与应用、数据库、蛋白质结构、进化分析和系统生物学等方面的内容。通过学习使学生能够动手操作生物信息学常用的基础软件（如：Blast），熟悉常用的生物信息学分析套路（如：高通量测序结果数据分析），掌握获取生物信息学资源的方法，了解其他相关分析的软件工具。

 授课目标

1. 掌握序列比对的原理、进化树构建的基本原理；

2. 掌握生物信息学数据库资源，能够理解常用的在线分析工具；

3. 掌握高通量测序的原理与应用技术；

4. 掌握蛋白质结构数据的分析方法；

5. 了解系统生物学，合成生物学等生物信息学的前沿知识。

 成绩 要求

考试成绩60分以上

 课程大纲

 

第一章  绪论  （2学时）

[知 识 点]

生物信息学的概念

生物信息学的发展历史

生物信息的主要研究方向

生物信息与其它学科的关系

生物信息学的最新研究动态

[重    点]

生物信息的概念和研究方向。

[难    点]

生物信息的最新研究动态

[基本要求]

对生物信息的概念有一个初步的了解。

了解生物信息的发展史和现状。

了解生物信息与其它学科的关系。

掌握生物信息学一些资源：期刊、公司、论坛等

[实践与练习]

了解生物信息学相关的一些网络资源

 

第二章    生物信息数据库（2学时）

[知 识 点]

综合性数据库（NCBI）及其检索方法

蛋白序列数据库（SWISS-PROT）、结构数据库（PDB）及其它数据库；

数据库的分类方法；

数据存储格式；

获取数据库中数据的方法（FTP工具）。

[重    点]

综合性数据库（NCBI）的检索；

[难    点]

数据库中的数据格式(FASTA，Genebank等)；

[基本要求]

生物大分子数据库是生物信息学的基础，了解生物信息数据库之后，才能对生物信息学有更深入的认识。本章要求学生了解生物信息数据库的种类，并且可以按照要求查询这些数据库获取相应的数据。

[实践与练习]

从NCBI的Entrez界面进行一次检索，使用FTP从NCBI下载基因组数据。

 

第三章    序列比对及其应用  （2学时）

[知 识 点]

序列比对在生物信息学中的重要性；

同源序列和相似序列的概念；

序列比对操作的一些软件(ClustalW，ClustalX，Blast等)，理解软件的一些参数；

两条序列比对和多序列比对。

[重    点]

Clustal和Blast软件的操作

[难    点]

Clustal软件输入数据的格式

序列比对结果的分析

 [基本要求]

掌握Clustal、Blast软件的安装，操作和结果分析

[实践与练习]

从NCBI数据库下载一组同源序列，通过Clustal软件进行序列比对

能够在本地计算机构建Blast数据库并进行相似序列检索；

 

 

第四章   高通量测序技术的原理与应用  （6学时）

[知 识 点]

一代Sanger测序、及多种高通量测序平台的原理与比较；

高通量测序的应用以及不同应用的常规分析流程；

高通量测序的数据库、数据格式与软件资源；

基因组学与生物信息学。

 [重    点]

一代Sanger测序、及高通量测序的原理与比较

[难    点]

一代Sanger测序、及高通量测序的原理与比较

[基本要求]

掌握Clustal软件的安装，操作和结果分析

[实践与练习]

高通量测序的应用以及不同应用的分析流程。

 

第五章    蛋白质结构  （2 学时）

 

[知 识 点]

蛋白质结构数据库(PDB)

同源建模的原理

分子对接与分子动力学模拟

蛋白质结构应用

[重    点]

依据同源建模的方法预测蛋白质的三级结构

将蛋白质的三级结构以图形的形式显示(Rasmol等工具)

 [难    点]

基于结构的计算机辅助药物设计

分子对接与分子动力学模拟

 [基本要求]

可以使用Swiss-model预测蛋白质的三级结构

了解蛋白质三级结构的应用

可以简单处理蛋白质三级结构的图片

 [实践与练习]

在NCBI下载一条自己感兴趣的氨基酸序列，通过Swissmodel预测其三级结构，并处理图像。

 

第六章    分子系统发育分析    （ 4学时）

[知 识 点]

构建进化树的几种常见算法（距离法，似然法）；

一些常见的进化树软件；

进化分析的一些概念；

进化树的文本格式与进化树的可视化工具。

[重    点]

Phylip中不同程序的功能和操作步骤

Phylip构建进化树的步骤

MEGA构建进化树的步骤

 [难    点]

构建进化树的算法

理解Phylip和MEGA构建进化树的原理

 [基本要求]

可以通过Phylip和MEGA构建进化树。

[实践与练习]

分别通过Phylip和MEGA构建进化树。

 

第七章    生物信息常用软件  （2 学时）

[知 识 点]

了解一些常见的生物信息学软件及其功能（BioEdit, DNAstar,DNAman,Primer）

生物信息学的一些在线分析工具expasy

[重    点]

根据自己的实验目的选择不同的软件

 [难    点]

软件的实际操作

[基本要求]

通过实际操作练习，熟练掌握一些生物信息学软件的应用。

 [实践与练习]

通过DNAstar分析一条DNA序列的组成，并将其翻译成蛋白质，通过DNAstar分析一条蛋白序列的二级结构，滴定曲线等。

 

第八章    系统生物学   （  2  学时）

[知 识 点]

系统生物学的概念

系统生物学研究的理论基础

系统生物学的研究方法

[重    点]

分子相互作用网络的构建工具

 [难    点]

系统生物学的研究方法

[基本要求]

了解系统生物学的研究方法

 

第九章    生物信息学前沿文献解读  （  2  学时）

 [重    点]

系统阅读一篇生物信息学高水平论文

 [难    点]

论文的分析讨论

 [基本要求]

论文图表的制作

 [实践与练习]

指定学生阅读一篇生物信息学研究前沿的论文

 

第十章    生物信息学的计算机基础   （  2  学时）

[知 识 点]

Perl/Python和R语言

Linux操作系统与生物信息学

[重    点]

了解Perl/Python和R语言在生物信息中的强大功能

Linux操作系统下软件的安装

R语言与绘图

[难    点]

Perl语言的正则表达式

Linux操作系统下软件的安装

[基本要求]

Linux操作系统下软件的安装

 [实践与练习]

通过Perl语言编写hello,world程序

掌握常用的Linux命令，软件的安装方法

 预备知识

生物信息学是利用计算机技术处理分子生物学数据，因此，在学习生物信息学之前，需要了解一些分子生物学、遗传学和生物化学方面的基础内容。这样会有助于对生物信息学的学习。

 参考资料

《生物信息学》，李霞，雷健波，人民卫生出版社，2010年8月

《生物信息学》，陈铭，科学出版社，2016年1月

《生物信息学》，樊龙江，浙江大学出版社，2017年7月

《新一代测序数据分析》，陈浩峰，科学出版社，2018年2月

《生物信息学实践》，彭仁海，刘震，2017年4月

《Bioinformatics》, Oxford，期刊