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第一章 生物信息学概论1

第一节 人类基因组计划与生物信息学的产生1

1 人类基因组计划及延续1

2 生物信息学的产生2

第二节 生物信息学的研究目标和内容3

1 生物信息学的生物学内涵3

2 生物信息学的研究目标和内容4

第三节 生物信息学的发展7

1 人类基因组计划时代的基因组信息学7

2 后基因组时代的生物信息学8

第四节 生物信息学的应用和展望9

1 生物信息学的应用9

2 生物信息学的展望10

习题11

第二章 生物信息学数据库12

第一节 序列数据库13

1 核酸序列数据库13

2 蛋白质序列数据库22

第二节 基因组数据库29

1 基因组数据库GDB29

2 线虫基因组AceDB数据库30

3 酵母基因组SGD数据库30

4 美国基因组研究所的TDB数据库31

5 UniGene数据库31

6 HapMap数据库31

第三节 其他数据库32

1 综合数据库33

2 序列与结构数据库35

3 疾病遗传信息数据库36

4 蛋白质综合数据库40

5 专科疾病信息数据库41

6 基因与蛋白质表达及调控数据库42

7 与疾病相关的低等生物数据库43

8 生物网络及分子代谢通路数据库44

9 RNA序列和核糖体数据库45

10 基因图谱及生物基因组数据库45

11 蛋白质互作、蛋白质-RNA和蛋白质-DNA结合数据库47

12 其他类型数据库49

习题51

第三章 核酸序列及信息分析52

第一节 核酸序列的获取及序列比对52

1 核酸序列的获取与递交52

2 序列比对和数据库搜索56

第二节 核酸结构和功能的预测分析62

1 针对核酸序列的预测方法62

2 重复序列的识别与分析63

3 编码区统计特性分析63

4 基因结构预测63

5 tRNA基因识别67

6 基于核酸序列的电子基因定位68

7 基于序列同源性分析的蛋白质功能预测68

第三节 实例分析69

1 卵巢癌组织中CCL18的cDNA分析69

2 CDS序列的染色体电子定位71

3 进行序列表达谱分析（GEO，UniGene）72

4 编码序列分析74

习题75

第四章 蛋白质结构与功能预测77

第一节 蛋白质一级结构分析77

1 常用的蛋白质数据库78

2 蛋白质理化性质分析79

3 一级结构与功能的关系84

第二节 蛋白质二级结构分析86

1 模体（motif）87

2 PredictProtein（蛋白质序列和结构预测服务网站）87

3 PSIPRED（蛋白质二级结构预测网站）89

第三节 蛋白质三级结构90

1 结构域（Domain）90

2 蛋白质结构域与功能分析91

第四节 蛋白质三维结构分析97

1 同源建模98

2 线串法101

3 从头预测101

4 蛋白质三维结构观察101

5 蛋白质空间构象对其功能的影响102

第五节 实例分析：对GFAP人胶质纤维酸性蛋白（glial fibrillary acidic protein）进行结构与功能预测103

1 GFAP概况103

2 GFAP一级结构分析106

3 蛋白质二级结构分析112

4 蛋白质结构域与功能分析113

5 蛋白质三维结构分析115

习题116

第五章 基因组遗传多态性及信息分析117

第一节 微卫星及信息分析117

1 微卫星标记简介117

2 微卫星DNA的特点118

3 微卫星在人类疾病研究中的应用118

4 微卫星相关的生物信息数据库119

第二节 单核苷酸多态性及功能注释124

1 单核苷酸多态性简介124

2 单核苷酸多态性在人类疾病研究中的应用125

3 SNPs的信息分析126

第三节 连锁不平衡及单体型分析133

1 连锁不平衡133

2 单体型135

3 单体域和标签SNP137

4 连锁不平衡及单体型分析的主要软件及数据库138

第四节 拷贝数变异（CNV）及信息分析143

1 拷贝数变异简介143

2 CNV在人类疾病研究中的应用144

3 CNV相关的生物信息数据库144

第五节 全基因组关联分析146

1 全基因组关联研究简介146

2 GWAS研究设计类型147

3 GWAS研究设计表型选择148

4 GWAS研究的统计分析148

5 GWAS研究分析的软件及数据库150

第六节 实例分析：以COMT基因为例，选择该基因上与功能有潜在关系的SNPs位点154

习题158

第六章 表观遗传与代谢组生物信息学分析159

第一节 microRNA的生物信息学分析159

1 microRNA简介159

2 microRNA常用数据库160

3 microRNA进化的生物信息学知识163

4 microRNA与细胞网络的相互作用165

5 实例分析168

第二节 DNA甲基化的生物信息学检测170

1 DNA甲基化171

2 DNA甲基化相关数据库173

3 甲基化预测、分析相关工具174

4 实例分析177

第三节 代谢组学的生物信息学分析180

1 代谢组学简介180

2 代谢组学的数据特点和标准181

3 代谢组学相关的生物信息学分析数据库182

4 代谢组学的生物信息学分析举例186

习题189

第七章 后基因组时代的生物信息190

第一节 基因表达谱芯片的数据分析191

1 表达数据的获取和标准化191

2 基因表达矩阵的构建192

3 差异表达基因的筛选192

4 基因表达聚类分析193

5 基于表达谱的调控网络构建194

6 表达芯片数据的元分析198

第二节 生物医学信息的文本挖掘199

1 文本挖掘的概念200

2 文本挖掘的主要研究方向200

3 文本挖掘技术在生物医学的应用201

4 常用的生物医学文献及文本挖掘数据库202

第三节 分子进化和系统发生分析203

1 分子系统发生分析203

2 系统发生树205

3 距离和特征206

4 分子系统发生分析过程207

5 进化及系统发生数据库及软件209

第四节 实例分析：以肝癌为例，从肝癌基因表达芯片筛选功能相关基因210

1 GEO数据的查询与下载210

2 差异基因的选择212

3 探针号与基因名的转换213

4 基因表达数据集的聚类分析215

5 通路富集分析216

6 基因信息的文本挖掘217

习题218

第八章 生物信息学软件使用219

第一节 序列分析软件DNAMAN的使用方法219

1 将待分析序列装入Channel220

2 以不同形式显示序列220

3 DNA序列的限制性酶切位点分析220

4 DNA序列比对分析223

5 序列同源性分析224

6 PCR引物设计228

7 画质粒模式图231

第二节 引物设计原理及软件234

1 设计原理234

2 引物设计与筛选235

3 实例分析：Primer Premier 5.0引物设计238

第三节 DAVID：系统性和综合性的大型基因分析数据库241

1 功能注释241

2 基因功能聚类245

3 基因ID转换246

4 相关基因批量显示247

第四节 进化分析软件248

1 ClustalX和Phylip软件相结合建进化树248

2 MEGA 4.0软件252

习题256

参考文献258