海洋科学专业生物信息学教学内容和方法探讨(2)

2.分子数据库。分子生物信息数据库种类繁多，主要有基因组、核酸和蛋白质三类一级数据库，生物大分子三维空间结构数据库，以及以上述三类一级数据库和文献为基础的二级数据库[8]。这些数据库既有存放于国际著名生物信息学研究中心，数据量大、内容规范、格式统一、覆盖范围广泛的综合性数据库资源，也有地方研究机构开发的小规模数据资源，为世界的科学研究工作者提供便利的数据库资源服务。因此，分子数据库部分要介绍数据库的概念、记录格式、核酸及其相关数据库、蛋白质及其相关数据库以及其他专业数据库。其中，NCBI (National Center for Biotechnology Information，美国国立生物技术信息中心) 是当今世界上最大的分子生物学研究的综合性数据库，为生物医学及生命科学研究提供了大量的数据和众多的分析工具与平台，因此 NCBI 需要作为生物信息学数据库的重点教学。

3.序列比对。序列分析是生物信息学最主要的研究内容之一，主要包括序列组成分析和序列之间的分析。序列的测定和拼接、RNA 和蛋白质的结构功能预测、进化树的构建等都需要对生物分子进行序列比较。序列比对对发现生物序列中的有关功能、结构和进化的信息具有非常重要的意义。BLAST 是目前应用最广泛的比对工具，NCBI 和欧洲生物信息学研究所（EBI）等分别用它们来进行DNA 和蛋白质序列相似性搜索。序列比对的教学内容包括序列算法、利用BLAST 进行数据库序列搜索、序列相似性统计以及其他比对软件的使用等。

4.序列特征分析。DNA、RNA 和蛋白质是最重要的生物大分子。分析DNA、RNA 和蛋白质的序列特征，有助于从分子层面上理解和认识分子生物学中的许多基本问题，如基因的结构特点和表达调控信息，RNA 分子序列与结构之间的关联及其功能，DNA 与蛋白质分子之间的编码关系，蛋白质序列预期空间结构之间的关系和规律。序列特征分析的教学内容主要包括DNA 序列特征分析、蛋白质序列特征分析、RNA 序列与结构特征分析以及表达序列特征分析等。

5.系统发生树构建。进化是不断改进的过程。人类基因组和多种生物基因组测序计划的完成，推动了分子进化研究的扩越是发展。基因表达和生物网络等进化研究不不断出现在最新的研究中，扩展了分子进化分析的研究范畴。系统发生树构建的教学内容主要包括系统发生树与遗传模型、距离法、简约法和似然法等。目前构建系统进化树分算法及其软件很多，尤以MEGA 最为流行。

6.蛋白质结构预测与分析。蛋白质是生命活动的体现者。蛋白质结构决定功能。蛋白质结构预测是指从蛋白质的氨基酸序列预测出其二级和三级结构。由于蛋白质的生物学功能在很大程度上依赖于其空间结构，所以进行蛋白质的结构预测，对于理解蛋白质结构与功能的关系，并在此基础上进行蛋白质复性、突变体设计以及基于结构的药物设计等具有重要意义。蛋白质结构预测与分析的教学内容主要包括蛋白质结构的组织层次、结构测定及预测、蛋白质折叠、计算机辅助药物设计等方面。

（二） 功能基因组信息学

随着人类基因组及诸多物种基因组计划的完成，生命科学研究已经进入以基因组学、蛋白质组学、代谢组学等组学为研究标志的后基因组时代。

1.基因组学。基因组学是在基因组水平上研究基因组结构和功能的一门科学。基因组学的发展可分为前基因组时代、基因组时代和后基因组时代。因此，在教学过程中要介绍基因的结构、组成、存在方式、表达调控模式和基因的功能等。另外，大多数种类的微生物，尤其是海洋中的微生物，还没有在实验室进行培养，因此，描述它们生理和基因组的特征并不容易。解决这个问题的新方法就是环境基因组或土壤基因组学方法与策略。所以本章还要介绍环境基因学的生物技术方面的知识。

2.转录组学。作为中心法则的重要组成部分，mRNA 被认为是DNA 与蛋白质之间信息传递的“桥梁”。转录组是特定组织或细胞在某一发育阶段或功能状态下转录出来所有RNA 的综合，主要包括mRNA 和非编码RNA[9]。在讲授转录组学时可以介绍转录组学的产生、发展和最新研究策略，从实验设计、测序流程、数据处理和功能分析等角度全面解析了解RNA-seq 的研究过程。重点介绍RNA-seq 数据分析，包括测序数据质控、比对拼接、表达定量、差异表达分析、聚类分析及共表达网络等。同时对RNA-seq 技术应用于可变剪切、基因融合及多组学分析等方面进行拓宽介绍。

文章来源：《海洋科学》 网址: http://www.hykxzz.cn/qikandaodu/2021/0515/766.html