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生 物 物 理 学

生 物 物 理 学. 河北工业大学 生物物理所. 第 7 章 生物信息学. 7.1 生物信息学简介 7.2 分子生物学数据库 7.3 序列分析 7.4 序列比对. 7.1 生物信息学简介. 7.1.1 生物信息学的发展背景 7.1.2 人类基因组计划的基本任务 7.1.3 人类基因组计划的拓展与延伸 7.1.4 生物信息学研究领域 7.1.5 生物信息学发展前景. 生物信息学定义 Bioinformatics as Defined by NIH.

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Presentation Transcript

  1. 生 物 物 理 学 河北工业大学 生物物理所 河北工业大学 生物物理学

  2. 第7章生物信息学 • 7.1生物信息学简介 • 7.2 分子生物学数据库 • 7.3 序列分析 • 7.4 序列比对 河北工业大学 生物物理学

  3. 7.1生物信息学简介 • 7.1.1 生物信息学的发展背景 • 7.1.2 人类基因组计划的基本任务 • 7.1.3 人类基因组计划的拓展与延伸 • 7.1.4生物信息学研究领域 • 7.1.5生物信息学发展前景 河北工业大学 生物物理学

  4. 生物信息学定义 Bioinformatics as Defined by NIH Bioinformatics is defined as a scientific discipline that encompasses all aspects of biological information acquisition, processing, storage, distribution, analysis and interpretation, that combines the tools and techniques of mathematics, computer science and biology with the aim of understanding the biological significance of a variety of data. 生物信息学是一门交叉学科。它包含了生物信息的获取、处理、存储、分发、分析和解释等在内的所有方面，它综合运用数学、计算机科学和生物学的各种工具，来阐明和理解大量数据所包含的生物学意义。 河北工业大学 生物物理学

  5. 7.1.1生物信息学的发展背景 ? 21世纪科学所关注的是 美国肿瘤计划 人 的自身 Cancer癌症 医学 健康问题 生命科学 吃饭问题 超级水稻 农学 河北工业大学 生物物理学

  6. 人类基因组计划的提出 • 1984年 美国政府进行可行性分析与调查 • 1986年3月7日杜伯克(R. Dulbecco，1975年Nobel奖金获得者) 在《Science》杂志第2321卷第4742期第1055页到1056页上发表了题为《癌症研究的转折点：人类基因组序列化 (A turning point in cancer research: sequencing the human genome) 》的文章 • 决定从1990年到2005年 (后改为2003年)，由美国能源部(DOE)和美国国家健康研究院(NIH)出资30亿美元实施“人类基因组计划 (HGP)”。成立“国家人类基因组研究中心”，由J.Watson担任第一任主任，1993年由F. Collins接任 河北工业大学 生物物理学

  7. 人类基因组测序计划 • 人类基因组计划(HGP)1990启动 • 任务测量人类46条染色体的核酸序列 • 目的在分子水平认识生命现象 真核 细 胞 河北工业大学 生物物理学

  8. 国际合作项目 • 由美、日、德、法、英、中六国参加。测定人类基因组约 3,000,000,000 碱基对的序列 • 中国承担人类基因组1% 序列的测序任务，负责第3号染色体短臂上3千万核苷酸的序列测定 • DNA 双螺旋结构的发现者之一 J.D.Watson 1990年在《Science》上撰文指出，与人类登月计划相比，HGP的资金投入少，但它 对人类生活的影响却可能更深远。 河北工业大学 生物物理学

  9. 7.1.2人类基因组计划的基本任务 • 遗传图谱 • 物理图谱 • 序列图谱 • 基因图谱 四张图谱 河北工业大学 生物物理学

  10. 人类基因组计划完成 J. Watson R. Dulbecco J. C. Venter F. Collins 河北工业大学 生物物理学

  11. 7.1.3人类基因组计划的拓展与延伸 • 模式生物基因组计划 测定处于生物演化不同阶段生物体基因组，有助于理解人类基因组的研究 • 微生物基因组计划 微生物是地球上种类最多、分布最广、与人类关系最为密切的物种，也是工业生物技术的核心及重要的国际竞争战略资源 河北工业大学 生物物理学

  12. 人类基因组计划的拓展与延伸 • 生物演化不同阶段的生物 最初确定的模式生物有：大肠杆菌、酵母、拟南芥、线虫、果蝇和小鼠等共六种。 这些生物体处于生物演化不同阶段， 以后又加入一些模式生物种类，如河豚鱼、斑马鱼等 • 与人亲缘关系较近的生物 灵长类动物包括：白颊长臂猿、黑猩猩、恒河猴、猩猩、狨猴以及大猩猩等，使灵长类动物基因演化树更完备，对人类健康与疾病提供更完整的比对及了解。 • 重要生产价值的经济作物 鸡，兔，猪，马，牛，羊，猫，狗，家蚕，蜜蜂，葡萄，杨树，水稻/测序正在进行的有番茄、土豆、大豆、玉米、莲花、木薯等 河北工业大学 生物物理学

  13. 人类基因组计划的拓展与延伸 • 环境工业价值的生物体 采油微生物，制造抗生素，生产生物燃料，环境基因组 • 与疾病相关的生物体 疟原虫，蚊子，伊蚊，植物致病微生物 • 微生物基因组测序计划 中国科学家共同发起“万种微生物基因组计划” 国际人类微生物组 河北工业大学 生物物理学

  14. 全基因组测序的主要细菌、真菌和寄生虫 河北工业大学 生物物理学

  15. 完成测序的重要植物致病菌 河北工业大学 生物物理学

  16. 生物大分子数据库 • 核酸数据库 美国国家生物技术信息中心的数据库 GenBank 欧洲生物信息学研究所维护的数据库 EMBL 日本国立遗传学研究所的数据库 DDBJ …… • 蛋白质数据库 蛋白质一级结构序列数据库 SWISS-PROT 蛋白质信息资源数据库 PIR 蛋白质结构数据库 PDB 蛋白质结构分类数据库 SCOP …… 河北工业大学 生物物理学

  17. GenBank http://www.ncbi.nlm.nih.gov/ 河北工业大学 生物物理学

  18. EMBLhttp://www.ebi.ac.uk/ 河北工业大学 生物物理学

  19. DDBJ http://www.ddbj.nig.ac.jp/ 河北工业大学 生物物理学

  20. SWISS-PROT http://www.expasy.org/ 河北工业大学 生物物理学

  21. PIR http://nbrf.georgetown.edu/ 河北工业大学 生物物理学

  22. 7.1.4生物信息学主要研究领域 • 序列重叠群（Contigs）装配 • 利用EST数据库发现新基因和新的SNP • 序列比对（Alignment） • 结构比对 • 计算机辅助基因识别 • 遗传密码的起源 • 非编码区分析和DNA语言研究 • 蛋白质结构与功能预测 • 分子进化和比较基因组学 • 基于结构的药物设计 • 基因表达谱分析，代谢网络分析；基因芯片设计和蛋白质组学数据分析等 河北工业大学 生物物理学

  23. 生物信息学--研究内容 河北工业大学 生物物理学

  24. 河北工业大学 生物物理学

  25. 生物信息学--研究方法 河北工业大学 生物物理学

  26. 河北工业大学 生物物理学

  27. 7.1.5生物信息学发展前景 河北工业大学 生物物理学

  28. A G T C 4 Cards 河北工业大学 生物物理学

  29. 河北工业大学 生物物理学

  30. 河北工业大学 生物物理学

  31. 7.2分子生物学数据库 • 7.2.1 DNA数据库 • 7.2.2蛋白质数据库 河北工业大学 生物物理学

  32. 7.2.1 DNA数据库 随着大规模DNA测序计划的实施,二十世纪八十年代, 国际上建立3个较大规模的DNA一级结构数据库，用于存储、管理和查询急剧增长的DNA序列。这些数据库是： • 美国国家生物技术信息中心的GenBank • 欧洲生物信息研究所的EMBL • 日本国立遗传研究所的DDBJ 河北工业大学 生物物理学

  33. GenBank http://www.ncbi.nlm.nih.gov/ 河北工业大学 生物物理学

  34. 美国国家生物技术信息中心NCBI结构图 河北工业大学 生物物理学

  35. GenBank的17个子数据库的名称和含义 河北工业大学 生物物理学

  36. NCBI提供的主要服务 • PubMed (Public MEDLINE) • BLAST (Basic Local Aligment Search Tool) • Entrez • BankIt • OMIM (online Mendelian Inheritance in Man) • Taxonomy • Structure • Bookshelf 河北工业大学 生物物理学

  37. PubMed 河北工业大学 生物物理学

  38. 文献查询实例 河北工业大学 生物物理学

  39. BLAST (Basic Local Aligment Search Tool) 河北工业大学 生物物理学

  40. Entrez 河北工业大学 生物物理学

  41. BankIt 河北工业大学 生物物理学

  42. OMIM 河北工业大学 生物物理学

  43. Taxonomy and Structure 河北工业大学 生物物理学

  44. Bookshelf 河北工业大学 生物物理学

  45. Hot Spots and COGs 河北工业大学 生物物理学

  46. GenBanK核酸序列文件格 参文本文件 河北工业大学 生物物理学

  47. EBI http://www.ebi.ac.uk 河北工业大学 生物物理学

  48. 欧洲生物信息学研究所EBI结构图 河北工业大学 生物物理学

  49. EMBL核酸序列文件格 河北工业大学 生物物理学

  50. DDBJ http://www.ddbj.nig.ac.jp 河北工业大学 生物物理学

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