1、生物信息學課程（Bioinformatics）(學時60) 一、 簡要說明生物信息學是生物信息學專業的專業核心課，同時也是面向生物學各專業的一門選修課，總學時為60學時，其中理論課40學時，實驗課20學時。二、課程的性質、地位和任務隨著人類基因組計劃的實施和后基因時代的到來，生物信息呈爆炸性增長之勢，信息科學及計算機技術在生命科學研究中開始發揮越來越重要的作用。一門新的交叉學科生物信息學應運而生。它應用先進的數據管理技術、分析模型和計算軟件對各種生物數據進行提取、存儲、處理和分析，為探索復雜生命現象及其規律提供有力的工具。三、教學的基本要求和方法教學上以課堂理論教學為主，結合實驗課的課堂演示、

2、學生操作、課程作業和綜合性試驗，要求學生從理論和實踐上理解現代生物信息學的研究領域、內容和研究方法。四、授課教材及主要參考書目 1. Attwood T K, Parry-Smith D J. Introduction to bioinformatics. Addison Wesley Longman, 1999.2. Baxevanis A D, Ouellete B F F. Bioinformatics: a practical guide to the analysis of genes and protein. John Wiley &Sons, 1998.3. 鐘揚、張亮、

3、趙瓊主編. 簡明生物信息學. 高等教育出版社.4. 王哲主編. 生物信息學概論. 第四軍醫大學出版社.5. 蔣彥、王小行、曹毅等主編. 基礎生物信息學. 清華大學出版社.五、學分和學時分配本課程總學時為70學時，3.5學分，其中理論課40學時，實驗課20學時。六、教學內容及學時分配（一）理論教學內容 （40學時）Chapter 1 Introduction (7 學時 ) 目的要求：掌握生物信息學的概念及其研究內容。 講授內容：1 What is Bioinformatics (3 學時)2 What is Bioinformatics studying on? (4 學時)2.1 Genom

4、ic Information2.2 Proteomics Information2.3 Metabolism network2.4 Biological evolutionChapter 2 DNA databases and Genome database (5 學時) 目前要求：了解核酸數據庫的基本類型，掌握序列檢索工具SRS的使用方法。講授內容：1 DNA database (2 學時)2 How to search in the databases? (3 學時)2.1 SRS2.2 The datas in NCBI2.3 Entrez Chapter 3 Proteomic dat

5、abase and Protein Structure Databases (6 學時) 目的要求：了解蛋白質數據庫的種類，熟悉SWISS-PROT數據記錄特點。講授內容： 1 Sequence databases (3 學時)1.1 PIR1.2 Mips1.3 SWISS-PROT1.4 TrEMBL 2 Protein Structure Database：PDB 3 Protein structure catalog database: SCOP 和CATH 4 Protein Motif database：PROSITE 和 PRINTChapter 4 Pairwise align

6、ment (16 couses)目的要求：掌握雙序列比對的基本原理及其方法基礎，熟悉相似性計分矩陣； 掌握數據庫相似性搜索的工具和實驗方法。講授內容：1 Introduction (3 學時)1.1 What is Pairwise alignment1.2 Sub-sequence1.3 The evolutionary foundation of pairwise alignment2 Score Matrix for alignment (5 學時)2.1 Algorithm and Program2.2 Position accepted mutation (PAM)2.3 Blosu

7、m 2.4 Gap penalty2.5 Dot matrix for alignment3 Local alignment and alignment (5 學時)3.1 Global alignment (3 學時)3.2 Local alignment (2 學時)3.3 Statistical Significance in alignments (1 course)4 Local Alignment search tools (3 學時)4.1 Alignment search4.2 FastA4.3 BlastChapter 5 DNA and protean sequence a

8、nalysis (6 學時)目的要求：掌握基因結果分析的基本步驟和電子克隆的方法；了解PSI-BLAST和PHI-BLAST的原理；熟悉多序列比對及CLUSTALW的運用。講授內容：1 Gene structure (3 coureses) 2. Gene finding and predicting 2.1 Promoter 2.2 CpG island 2.3 Code sequences (CDS)3. The protocol of Gene Finding (3 學時)4. Electronic clone 4.1 DNA sequence assembling 4.2 Gene m

9、apping 4.3 Electronic clone5. Protein sequence analysis 5.1 Predicting pI and MW 5.2 Identifying protein 6. Prediction of protein structure（二）實驗教學內容 （20學時）實驗一：Pubmed1、實驗目的：掌握Genbank中文獻數據庫Pubmed的使用及其檢索方法2、實驗方法：上機操作實踐3、實驗儀器：計算機、寬帶網絡4、實驗操作方法： (1) 進入GenBank ; (2) 單擊Pubmed , 進入文獻數據庫； (3) 輸入搜索關鍵詞，查找相關的文獻記

10、錄；(4) 按要求練習并完成以下問題。Questions:1. Find references about shingles and facial paralysis.- Display the records in the format that shows the abstract and the MeSH headings. How does PubMed map the term, shingles?實驗二：DNA databases 1、實驗目的：了解各種類型的DNA序列數據庫，特別是GenBank, DDBJ 和EMBL的數據記錄特點及記錄條目的含義。2、實驗方法：上機操作實踐3、

11、實驗儀器：計算機、寬帶網絡4、實驗操作方法： (1) 進入GenBank ; (2) 輸入關鍵詞，單擊DNA序列數據庫，搜索符合要求的DNA序列； (3) 了解各各記錄條目的含義。 (4) 同樣進入EMBL和DDBJ，熟悉數據記錄特點實驗三：Protein databases 1、實驗目的：了解蛋白質序列數據庫SWISS-PROT、PIR；蛋白質結構數據庫PDB及蛋白質結構分類數據庫SCOP和CATH的數據記錄特點及其使用檢索方法2、實驗方法：上機操作實踐3、實驗儀器：計算機、寬帶網絡4、實驗操作方法： (1) 分別進入SWISS-PROT、Pir、PDB及SCOP和CATH數據庫； (2)

12、了解各數據記錄的特點，特別是SWISS-PROT各記錄條目的含義 (3) 上機操作并完成如下問題Questions:1Find protein sequences related to AIDS with publications in Nature. Save this search strategy so the search can be run again at a later date.實驗四：Entrez1、實驗目的：掌握Entrez檢索方法，了解Entrez中檢索范圍、檢索條件等的設定技巧。2、實驗方法：上機操作實踐3、實驗儀器：計算機、寬帶網絡4、實驗操作方法： (1) 進入G

13、enBank ; (2) 單擊進入Entrez; (3) 上機操作并完成如下練習。Questions:1 Find murine nucleic acid sequences involved in apoptosis and cancer. - Display all of the retrieved records on one Web page.實驗五：BLAST and Local alignment search1、實驗目的：掌握BLAST數據庫相似性搜索工具的使用；掌握對搜索結果的分析方法；了解BLAST其他工具的特點。2、實驗方法：上機操作實踐3、實驗儀器：計算機、寬帶網絡4、實

14、驗操作方法： (1) 了解BLAST各工具的特點及其使用方法； (2) 上機操作并完成如下練習。Questions:1. Consider Genbank accession number: L136131) Is this a protein-coding sequence? If so, what protein does the sequence encode?2) From what organism was the sequence isolated?3) Perform a BLASTN search with this sequence. How many sequences d

15、id you retrieve? According to the annotations, what is the nature of those sequences (i.e., what *different* kinds of sequences did BLAST retrieve)?4) Perform a BLASTX search with the sequence. Compare your results to the results of your BLASTN search. How do the results differ? Why?實驗六：Multiple seq

16、uence alignment and CLUSTALW1、實驗目的：了解多序列比對的原理、步驟，掌握利用CLUSTALW構建分子進化樹的步驟。2、實驗方法：上機操作實踐3、實驗儀器：計算機、寬帶網絡4、實驗操作方法： (1) 進入Uniprot; (2) 上機操作并完成如下練習Questions:1 Consider Genbank accession number: L13613，1) Find its homological sequence.2) Building theirs evolutional tree.實驗七：Analysis on protein sequence1、實驗目

17、的：掌握蛋白質序列分析的方法，了解蛋白質結構、功能預測的一般步驟。2、實驗方法：上機操作實踐3、實驗儀器：計算機、寬帶網絡4、實驗操作方法： (1) 進入并熟悉SWISS-PROT、Pir和PDB數據庫的使用； (2) 上機操作并完成如下練習；Questions:1. Here is a new protein sequence,1) How to predict its function and 3D structure?llvaaamasa asaqlsatfy dtscpnalst iksavtaavn seprmgaslv rlhfhdcfvq gcdasvllsg qeqnagpna

18、g slrgfnvvdn iktqveaics qtvscadila vaardsvval ggpswtvllg masassvslm qantdlpaps sslaelignf srkgldvtdm valsgahtig qaqcqnfrdr lynetnidss fatalkancp afnsaftaam rptgsgdsnl apldtttpna fdsayytnll snkgllhsdq vlfnggstdn tvrnfssnta vkmgnispltgtqgqirlnc skvn實驗八：DNA sequence analyzing and gene finding1、實驗目的：掌握DNA序列分析的方法，了解基因發現的一般步驟。2、實驗方法：上機操作實踐3、實驗儀器：計算機、寬帶網絡4、實驗操作方法： (1) 進入 Masker (Repeat sequence分析工具), (ORF識別)等應用程序工具頁面，詳細了解各工具的使用方法與技巧； (2) , Genesplcer, Genefinder, Netgene2 等基因分析工具； (3) 上機操作并完成如下練習。Questions:1、There is a new sequence named unknown.seq。1) How to predict its function?2)