生物信息学与功能基因组学

目录
第1篇 数据库中的DNA、RNA和蛋白质序列的分析
第1章 绪言
1.1 本书的结构
1.2 生物信息学：蓝图
1.3 一个贯穿本书的例子：视黄醇结合蛋白
1.4 章节的组织
1.5 对学生和教师的建议：Web练习和找基因
1.6 重要的生物信息学网址
1.7 推荐读物
参考文献
第2章 获取序列数据和文献信息
2.1 生物学数据库介绍
2.2 GenBank：收录几乎所有已知的核酸和蛋白质序列的数据库
2.2.1 序列数据的总量
2.2.2 GenBank中的物种数
2.2.3 GenBank存储的数据类型
2.2.4 表达序列标签(ESTs)
2.2.5 序列标签位点(STS)
2.2.6 基因组测序序列(GSSs)
2.2.7 高通量基因组序列(HTGS)
2.3 美国国家生物技术信息中心(NCBI)
2.3.1 NCBl的介绍：NCBl的主页
2.3.2 索引号码：识别序列的标签
2.3.3 五种获取DNA和蛋白质序列的方法
2.3.4 如何进入序列数据的例子：HIV pol
2.3.5 获取生物医学文献
2.4 展望
2.5 常见问题
2.6 网络资源
2.7 讨论题
2.8 习题
2.9 自测题
2.10 推荐读物
参考文献
第3章 双序列比对
3.1 引言
3.1.1 蛋白质比对：通常比DNA比对具有更丰富的信息
3.1.2 同源性、相似性、一致性的概念
3.1.3 间隙
3.1.4 双序列比对、同源和生命的进化
3.2 Dayhoff模型：可接受点突变
3.2.1 PAM1矩阵
3.2.2 PAM250和其他PAM矩阵
3.2.3 从突变概率矩阵到对数比值打分矩阵
3.2.4 双序列比对中PAM矩阵的实际有用性
3.2.5 PAM矩阵的重要替代者：BLOSUM打分矩阵
3.2.6 双序列比对和检测限度
3.3 比对算法：全局和局部
3.3.1 全局序列比对：Needleman-Wunsch算法
3.3.2 局部序列比对：Smith-Waterman算法
3.3.3 Smith-Waterman算法的快速、启发式版本：FASTA和BLAST
3.3.4 局部比对搜索工具(BLAST)
3.4 双序列比对的显著性：一致性百分比
3.4.1 双序列比对统计显著性检验
3.4.2 全局比对的统计显著性
3.4.3 局部比对的统计显著性
3.5 展望
3.6 常见问题
3.7 网络资源
3.8 问题讨论
3.9 问题
3.10 自测题
3.11 推荐读物
参考文献
第4章 局部比对搜索基本工具BLAST
4.1 引言
4.2 BLAST搜索步骤
4.2.1 步骤1：选定感兴趣的序列
4.2.2 步骤2：选择BLAST程序
4.2.3 步骤3：选择数据库
4.2.4 步骤4：选择参数
4.3 BLAST算法使用局部比对搜索的策略
4.3.1 BLAST算法组成部分：列表、扫描、延伸
4.3.2 BLAST算法：局部比对搜索的统计学和E值
4.3.3 用比特分数来说明原始分数的意义
4.3.4 BLAST算法：E值与P值间的关系
4.3.5 BLAST中的空位比对
4.3.6 将BLAST搜索进行到底
4.4 BLAST搜索的一些策略
4.4.1 一般性概念
4.4.2 BLAST搜索的原则
4.5 多结构域蛋白(HIV-1 p0l)的BLAST检索
4.6 BLAST检索脂质运载蛋白：改变打分矩阵的作用
4.7 展望
4.8 常见问题
4.9 网络资源
4.10 讨论题
4.11 问题
4.12 自测题
4.13 推荐读物
参考文献
第5章 高级比对搜索
5.1 引言
5.2 专门的Blast比对网站
5.2.1 基于某些具体生物的比对网站
5.2.2 特定分子的比对搜索站点
5.2.3 专门的比对搜索服务器以及比对相关的算法
5.3 运用比对相似的工具快速地搜索基因组DNA序列
5.4 寻找远缘相关的蛋白质：位点特异性反复比对(PSI-BLAST)
5.4.1 位点特异性反复比对的结累评估
5.4.2 位点特异性反复比对的错误：破坏的问题
5.5 模式识别BLAST(PHl-BLAST)
5.6 用BLAST来发现新基因
5.7 展望
5.8 常见问题
5.9 网络资源
5.10 问题讨论
5.11 问题
5.12 自测题
5.13 推荐读物
参考文献
第2篇 RNA和蛋白质的基因组层次上的分析
第6章 基因表达的生物信息学方法
6.1 引言
6.2 mRNA：基因表达的研究对象
6.3 cDNA文库的基因表达分析
6.3.1 用cDNA文库解释表达数据的注意事项
6.3.2 TIGR基因索引
6.4 基因表达系列分析
6.5 微阵列：基因表达的全基因组测量
6.5.1 第一阶段：微阵列的实验设计
6.5.2 第二阶段：RNA的制备与探针制备
6.5.3 第三阶段：将标记后的样本和DNA微阵列杂交
6.5.4 第四阶段：图像分析
6.5.5 第五阶段：数据分析
6.5.6 第六阶段：生物学证实
6.5.7 第七阶段：微阵列数据库
6.5.8 第八阶段：深入分析
6.6 展望
6.7 常见问题
6.8 网络资源
6.9 问题讨论
6.10 习题
6.11 自测题
6.12 推荐读物
参考文献
第7章 基因表达：芯片数据分析
7.1 引言
7.2 芯片数据分析：预处理
7.2.1 全局归一化
7.2.2 散点分析
7.2.3 数据全局归一化中的局部归一化
7.3 芯片数据分析：推测统计学方法
7.4 芯片数据分析：记述统计学方法
7.4.1 芯片数据的层级聚类分析
7.4.2 分离方法用于聚类：k均值聚类
7.4.3 聚类策略：自组织图
7.4.4 主成分分析算法：芯片数据的观察算法
7.4.5 监督算法对芯片实验中基因或样本数据的分类
7.4.6 芯片数据注释
7.5 展望
7.6 常见问题
7.7 网络资源
7.8 问题讨论
7.9 问题
7.10 自测题
7.11 推荐读物
参考文献
第8章 蛋白质分析和蛋白质组学
8.1 引言
8.2 如何认识蛋白质：从四个视角看蛋白质
8.2.1 视角1.结构域和模体：蛋白质的模块性质
8.2.2 多结构域蛋白的复杂性
8.2.3 蛋白质模式：模体或蛋白质的指纹特征
8.2.4 视角2.蛋白质的物理性质
8.2.5 视角3和视角4的介绍：Gene Ontology协会
8.2.6 视角3.蛋白质定位
8.2.7 视角4.蛋白质的功能
8.3 蛋白质组学：对高通量蛋白质数据进行分析的生物信息学工具和方法
8.3.1 二维凝胶电泳
8.3.2 亲和层析和质谱
8.3.3 酵母双杂交系统
8.3.4 Rosetta Stone方法
8.4 分析细胞通路的生物信息学方法
8.5 展望
8.6 常见问题
8.7 网络资源
8.8 问题讨论
8.9 问题
8.10 自测题
8.11 推荐读物
参考文献
第9章 蛋白质结构
9.1 蛋白质结构与结构基因组学概要
9.1.1 蛋白质结构，同源和功能基因组学
9.1.2 结构基因组学提出的问题：载脂蛋白家族
9.1.3 蛋白质结构的基本原理：从一级结构到二级结构
9.1.4 蛋白质三级结构：蛋白质折鬟问题
9.1.5 获得蛋白质结构的实验手段
9.1.6 选择目标与获得蛋白质的三维构象
9.2 PDB数据库
9.2.1 在NCBI访问PDB记录
9.2.2 蛋白折叠类型概况
9.3 用于结构研究的计算生物学方法
9.3.1 同源(比较)模建
9.3.2 从头预测
9.4 蛋白质结构预测和蛋白质折叠空间的界限
9.5 蛋白质结构与疾病
9.6 展望
9.7 常见问题
9.8 网络资源
9.9 问题讨论
9.10 问题
9.11 自测题
9.12 推荐读物
参考文献
第10章 多序列比对
10.1 引言
10.1.1 多序列比对的定义
10.1.2 多序列比对的典型应用和实际策略
10.1.3 Feng和Doolittle的渐进比对方法
10.1.4 从多序列比对到隐马模型
10.2 两种多序列比对的程序
10.2.1 多序列比对的数据库
10.2.2 由用户产生的多序列比对
10.2.3 其他多序列比对软件
10.2.4 多重比对算法的评估
10.3 展望
10.4 常见问题
10.5 网络资源
10.6 问题讨论
10.7 问题
10.8 自测题
10.9 推荐读物
参考文献
第11章 分子水平的系统发生和进化
11.1 分子水平的进化介绍
11.1.1 历史背景
11.1.2 分子时钟假说
11.1.3 分子进化中的“不确定性理论”
11.1.4 分子系统演化的目标
11.2 分子系统发生：系统发生树相关专用名词
11.2.1 树根
11.2.2 枚举树
11.2.3 物种树和基因/蛋白质树
11.3 系统发生分析的4个步骤
11.3.1 第一步：利用DNA、RNA或蛋白质序列来进行分子系统发生分析
11.3.2 第二步：多重序列比对
11.3.3 第三步：构建系统发生树的方法
11.3.4 第四步：用随机测试和引导检测的方法评估进化树
11.4 展望
11.5 常见问题
11.6 网络资源
11.7 问题讨论
11.8 问题
11.9 自测题
11.10 推荐读物
参考文献
第3篇 基因组分析
第12章 全基因组和系统发生树
12.1 引言
12.2 系统分类学简史
12.3 地球上生命形式的生物发展史
12.4 系统发生树的分子序列基础
12.5 生物信息学在系统分类学中的角色
12.6 基因组测序计划
12.7 基因组测序计划的简要年表
12.7.1 总览：1977年～现在
12.7.2 第一个病毒基因组(1977年)
12.7.3 第一个真核细胞器基因组(1981年)
12.7.4 第一个叶绿体基因组(1986年)
12.7.5 第一个真核染色体(1992年)
12.7.6 独立生存的生物体的全基因组(1995年)
12.7.7 第一个真核基因组(1996年)
12.7.8 更多的细菌和古纲菌(1997年)
12.7.9 第一个多细胞生物的基因组(1998年)
12.7.10 人类染色体(1999年)
12.7.11 蝇、植物和人类21号染色体(2000年)
12.7.12 人类基因组序列的草图(2001年)
12.7.13 基因组测序的不断完成(2002年)
12.8 基因组分析总览
12.8.1 选择用于测序的基因组
12.8.2 应当对物种的一个、几个还是多个个体测序
12.8.3 基因组究竟有多大
12.8.4 基因组测序中心
12.8.5 基因组测序：策略
12.8.6 基因组序列数据：从未完成到完成
12.8.7 一个基因组什么时候测序完毕?
12.8.8 基因组序列的数据仓库
12.8.9 基因组注解：基因组DNA的特征
12.8.10 给细菌基因组做注释
12.8.11 真核基因的注释
12.8.12 总结：基因组测序计划中存在的问题
12.9 展望
12.10 常见问题
12.11 问题讨论
12.12 问题
12.13 自测题
参考文献
第13章 已完成测序的基因组：病毒基因组
13.1 引言
13.2 病毒的分类
13.3 运用生物信息学方法研究病毒学问题
13.3.1 多样性和病毒的进化
13.3.2 从系统发生到基因表达：运用生物信息学方法研究疱疹病毒
13.3.3 运用生物信息学方法研究人类免疫缺陷病毒
13.3.4 运用生物信息学方法研究HIV-1
13.3.5 针对麻疹病毒的生物信息学分析
13.3.6 其他生物信息学资源
13.4 展望
13.5 常见问题
13.6 网络资源
13.7 问题讨论
13.8 问题
13.9 自测题
13.10 推荐读物
参考文献
第14章 已完成测序的基因组：细菌和古细菌基因组
14.1 引言
14.2 根据形态学标准的细菌分类
14.3 基于基因组大小和排列的细菌和古细菌分类
14.4 基于生活方式的细菌和古细菌分类
14.5 基于与人类疾病相关的细菌分类
14.6 基于核糖体RNA序列的细菌和古细菌分类
14.7 基于其他分子序列的细菌和古细菌分类
14.8 原核基因组分析
14.8.1 核苷酸组成
14.8.2 寻找基因
14.8.3 水平基因转移
14.8.4 注释和比较
14.9 原核生物基因组的比较
14.9.1 COG
14.9.2 TaxPlot
14.9.3 MUMmer
14.10 展望
14.11 常见问题
14.12 网络资源
14.13 问题讨论
14.14 问题
14.15 自测题
14.16 推荐读物
参考文献
第15章 真核基因组：真菌基因组
15.1 引言
15.2 出芽酵母介绍
15.2.1 啤酒酵母
15.2.2 酵母基因组测序
15.2.3 出芽酵母基因组的特征
15.2.4 探索典型的酵母染色体
15.2.5 新基因的产生：啤酒酵母基因组的复制
15.3 功能基因组学计划
15.3.1 用转座子进行基因印迹
15.3.2 开发外源转座子
15.3.3 根据分子条形码进行全基因组范围的删除
15.4 真菌基因组分析
15.4.1 烟曲霉
15.4.2 白念珠菌
15.4.3 典型的真菌：小孢子寄生虫
15.4.4 脉孢菌
15.4.5 第一个担子菌：白腐真菌
15.4.6 裂殖酵母
15.5 展望
15.6 常见问题
15.7 网络资源
15.8 问题讨论
15.9 问题
15.10 自测题
15.11 推荐读物
参考文献
第16章 真核基因组：从寄生生物到灵长类
16.1 引言
16.2 真核生物的普遍特性
16.2.1 真核生物与原核生物的主要不同
16.2.2 C值矛盾：为什么真核基因组大小差异如此之大
16.2.3 许多真核基因组包含非编码和重复的DNA序列
16.2.4 检测重复性DNA的软件：RepeatMasker和Censor
16.2.5 基因的定义
16.2.6 在真核基因组中寻找基因
16.2.7 真核生物中的蛋白质编码基因：新的悖论
16.2.8 转录因子数据库和其他基因组DNA数据库
16.2.9 真核基因组以染色体的形式组织起来
16.2.10 真核生物DNA比较：PipMaker和VISTA
16.3 真核生物基因组个例
16.3.1 引言
16.3.2 位于树底层的原生生物
16.3.3 单细胞病原体的基因组：锥体虫和利什曼虫
16.3.4 疟疾致病体——疟原虫
16.3.5 植物基因组
16.3.6 后生生物的最底层：黏菌
16.3.7 后生生物简介
16.3.8 简单动物的分析：秀丽隐杆线虫
16.3.9 第一个昆虫基因组：黑腹果蝇基因组
16.3.10 第二个昆虫基因组：冈比亚疟蚊基因组
16.3.11 通向脊椎动物之路：海鞘
16.3.12 鱼的基因组：河豚
16.3.13 分析哺乳动物基因组：小鼠基因组
16.3.14 灵长类动物基因组
16.4 展望
16.5 常见问题
16.6 网络资源
16.7 问题讨论
16.8 问题
16.9 自测题
16.10 推荐读物
参考文献
第17章 人类基因组
17.1 引言
17.2 人类基因组计划的主要结论
17.3 通过三个门户网站可获得人类基因组数据
17.3.1 NCBI
17.3.2 Ensembl
17.3.3 UCSC人类基因组浏览器
17.4 人类基因组计划
17.4.1 人类基因组计划的背景
17.4.2 测序战略：用分级鸟枪法得到序列草图
17.4.3 测序的一些特点
17.4.4 人类基因组概貌
17.4.5 人类基因组重复序列的含量
17.4.6 人类基因组基因含量
17.5 展望
17.6 常见问题
17.7 网络资源
17.8 问题讨论
17.9 问题
17.10 自测题
17.11 推荐读物
参考文献
第18章 人类疾病
18.1 人类遗传疾病：DNA变异的结果
18.2 人类疾病的生物信息学展望
18.3 Garrod对疾病的观点
18.4 疾病的种类
18.5 疾病的分类
18.6 单基因疾病
18.6.1 OMIM：有关人类疾病的重要生物信息学资源
18.6.2 其他重要的人类疾病数据库
18.6.3 突变数据库
18.6.4 单核苷酸多态性(SNPs)与疾病
18.7 复杂疾病
18.8 疾病中染色体异常性分析
18.9 在模式生物中研究和寻找人类疾病基因
18.10 人类疾病研究组织
18.11 疾病基因的功能分类
18.12 展望
18.13 常见问题
18.14 网络资源
18.15 问题讨论
18.16 问题
18.17 自测题
18.18 推荐读物
参考文献
后记
参考文献
附录 GCG软件包：用于蛋白和DNA分析
术语表
自测题答案
索引
主题索引
作者索引