生物信息学课程教学大纲

1、生物信息学课程（Bioinformatics）(学时60) 一、 简要说明生物信息学是生物信息学专业的专业核心课，同时也是面向生物学各专业的一门选修课，总学时为60学时，其中理论课40学时，实验课20学时。二、课程的性质、地位和任务随着人类基因组计划的实施和后基因时代的到来，生物信息呈爆炸性增长之势，信息科学及计算机技术在生命科学研究中开始发挥越来越重要的作用。一门新的交叉学科生物信息学应运而生。它应用先进的数据管理技术、分析模型和计算软件对各种生物数据进行提取、存储、处理和分析，为探索复杂生命现象及其规律提供有力的工具。三、教学的基本要求和方法教学上以课堂理论教学为主，结合实验课的课堂演示、

2、学生操作、课程作业和综合性试验，要求学生从理论和实践上理解现代生物信息学的研究领域、内容和研究方法。四、授课教材及主要参考书目 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. 钟扬、张亮、

3、赵琼主编. 简明生物信息学. 高等教育出版社.4. 王哲主编. 生物信息学概论. 第四军医大学出版社.5. 蒋彦、王小行、曹毅等主编. 基础生物信息学. 清华大学出版社.五、学分和学时分配本课程总学时为70学时，3.5学分，其中理论课40学时，实验课20学时。六、教学内容及学时分配（一）理论教学内容 （40学时）Chapter 1 Introduction (7 学时 ) 目的要求：掌握生物信息学的概念及其研究内容。 讲授内容：1 What is Bioinformatics (3 学时)2 What is Bioinformatics studying on? (4 学时)2.1 Genom

4、ic Information2.2 Proteomics Information2.3 Metabolism network2.4 Biological evolutionChapter 2 DNA databases and Genome database (5 学时) 目前要求：了解核酸数据库的基本类型，掌握序列检索工具SRS的使用方法。讲授内容：1 DNA database (2 学时)2 How to search in the databases? (3 学时)2.1 SRS2.2 The datas in NCBI2.3 Entrez Chapter 3 Proteomic dat

5、abase and Protein Structure Databases (6 学时) 目的要求：了解蛋白质数据库的种类，熟悉SWISS-PROT数据记录特点。讲授内容： 1 Sequence databases (3 学时)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：掌握双序列比对的基本原理及其方法基础，熟悉相似性计分矩阵； 掌握数据库相似性搜索的工具和实验方法。讲授内容：1 Introduction (3 学时)1.1 What is Pairwise alignment1.2 Sub-sequence1.3 The evolutionary foundation of pairwise alignment2 Score Matrix for alignment (5 学时)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 学时)3.1 Global alignment (3 学时)3.2 Local alignment (2 学时)3.3 Statistical Significance in alignments (1 course)4 Local Alignment search tools (3 学时)4.1 Alignment search4.2 FastA4.3 BlastChapter 5 DNA and protean sequence a

8、nalysis (6 学时)目的要求：掌握基因结果分析的基本步骤和电子克隆的方法；了解PSI-BLAST和PHI-BLAST的原理；熟悉多序列比对及CLUSTALW的运用。讲授内容：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 学时)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）实验教学内容 （20学时）实验一：Pubmed1、实验目的：掌握Genbank中文献数据库Pubmed的使用及其检索方法2、实验方法：上机操作实践3、实验仪器：计算机、宽带网络4、实验操作方法： (1) 进入GenBank ; (2) 单击Pubmed , 进入文献数据库； (3) 输入搜索关键词，查找相关的文献记

10、录；(4) 按要求练习并完成以下问题。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?实验二：DNA databases 1、实验目的：了解各种类型的DNA序列数据库，特别是GenBank, DDBJ 和EMBL的数据记录特点及记录条目的含义。2、实验方法：上机操作实践3、

11、实验仪器：计算机、宽带网络4、实验操作方法： (1) 进入GenBank ; (2) 输入关键词，单击DNA序列数据库，搜索符合要求的DNA序列； (3) 了解各各记录条目的含义。 (4) 同样进入EMBL和DDBJ，熟悉数据记录特点实验三：Protein databases 1、实验目的：了解蛋白质序列数据库SWISS-PROT、PIR；蛋白质结构数据库PDB及蛋白质结构分类数据库SCOP和CATH的数据记录特点及其使用检索方法2、实验方法：上机操作实践3、实验仪器：计算机、宽带网络4、实验操作方法： (1) 分别进入SWISS-PROT、Pir、PDB及SCOP和CATH数据库； (2)

12、了解各数据记录的特点，特别是SWISS-PROT各记录条目的含义 (3) 上机操作并完成如下问题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.实验四：Entrez1、实验目的：掌握Entrez检索方法，了解Entrez中检索范围、检索条件等的设定技巧。2、实验方法：上机操作实践3、实验仪器：计算机、宽带网络4、实验操作方法： (1) 进入G

13、enBank ; (2) 单击进入Entrez; (3) 上机操作并完成如下练习。Questions:1 Find murine nucleic acid sequences involved in apoptosis and cancer. - Display all of the retrieved records on one Web page.实验五：BLAST and Local alignment search1、实验目的：掌握BLAST数据库相似性搜索工具的使用；掌握对搜索结果的分析方法；了解BLAST其他工具的特点。2、实验方法：上机操作实践3、实验仪器：计算机、宽带网络4、实

14、验操作方法： (1) 了解BLAST各工具的特点及其使用方法； (2) 上机操作并完成如下练习。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?实验六：Multiple seq

16、uence alignment and CLUSTALW1、实验目的：了解多序列比对的原理、步骤，掌握利用CLUSTALW构建分子进化树的步骤。2、实验方法：上机操作实践3、实验仪器：计算机、宽带网络4、实验操作方法： (1) 进入Uniprot; (2) 上机操作并完成如下练习Questions:1 Consider Genbank accession number: L13613，1) Find its homological sequence.2) Building theirs evolutional tree.实验七：Analysis on protein sequence1、实验目

17、的：掌握蛋白质序列分析的方法，了解蛋白质结构、功能预测的一般步骤。2、实验方法：上机操作实践3、实验仪器：计算机、宽带网络4、实验操作方法： (1) 进入并熟悉SWISS-PROT、Pir和PDB数据库的使用； (2) 上机操作并完成如下练习；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实验八：DNA sequence analyzing and gene finding1、实验目的：掌握DNA序列分析的方法，了解基因发现的一般步骤。2、实验方法：上机操作实践3、实验仪器：计算机、宽带网络4、实验操作方法： (1) 进入 Masker (Repeat sequence分析工具), (ORF识别)等应用程序工具页面，详细了解各工具的使用方法与技巧； (2) , Genesplcer, Genefinder, Netgene2 等基因分析工具； (3) 上机操作并完成如下练习。Questions:1、There is a new sequence named unknown.seq。1) How to predict its function?2)