生物信息学的研究进展精选(九篇)

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第1篇：生物信息学的研究进展范文

关键词： 生物信息学 农业研究领域 应用

“生物信息学”是英文单词“bioinformatics”的中文译名，其概念是1956年在美国田纳西州gatlinburg召开的“生物学中的信息理论”讨论会上首次被提出的［1］，由美国学者lim在1991年发表的文章中首次使用。生物信息学自产生以来，大致经历了前基因组时代、基因组时代和后基因组时代三个发展阶段［2］。2003年4月14日，美国人类基因组研究项目首席科学家collins f博士在华盛顿隆重宣布人类基因组计划（human genome project，hgp）的所有目标全部实现［3］。这标志着后基因组时代（post genome era，pge）的来临，是生命科学史中又一个里程碑。生物信息学作为21世纪生物技术的核心，已经成为现代生命科学研究中重要的组成部分。研究基因、蛋白质和生命，其研究成果必将深刻地影响农业。本文重点阐述生物信息学在农业模式植物、种质资源优化、农药的设计开发、作物遗传育种、生态环境改善等方面的最新研究进展。

1.生物信息学在农业模式植物研究领域中的应用

1997年5月美国启动国家植物基因组计划（npgi），旨在绘出包括玉米、大豆、小麦、大麦、高粱、水稻、棉花、西红柿和松树等十多种具有经济价值的关键植物的基因图谱。国家植物基因组计划是与人类基因组工程（hgp）并行的庞大工程［4］。近年来，通过各国科学家的通力合作，植物基因组研究取得了重大进展，拟南芥、水稻等模式植物已完成了全基因组测序。人们可以使用生物信息学的方法系统地研究这些重要农作物的基因表达、蛋白质互作、蛋白质和核酸的定位、代谢物及其调节网络等，从而从分子水平上了解细胞的结构和功能［5］。目前已经建立的农作物生物信息学数据库研究平台有植物转录本（ta）集合数据库tigr、植物核酸序列数据库plantgdb、研究玉米遗传学和基因组学的mazegdb数据库、研究草类和水稻的gramene数据库、研究马铃薯的pomamo数据库，等等。

2.生物信息学在种质资源保存研究领域中的应用

种质资源是农业生产的重要资源，它包括许多农艺性状（如抗病、产量、品质、环境适应性基因等）的等位基因。植物种质资源库是指以植物种质资源为保护对象的保存设施。至1996年，全世界已建成了1300余座植物种质资源库，在我国也已建成30多座作物种质资源库。种质入库保存类型也从单一的种子形式，发展到营养器官、细胞和组织，甚至dna片段等多种形式。保护的物种也从有性繁殖植物扩展到无性繁殖植物及顽拗型种子植物等［6］。近年来，人们越来越多地应用各种分子标记来鉴定种质资源。例如微卫星、aflp、ssap、rbip和snp等。由于对种质资源进行分子标记产生了大量的数据，因此需要建立生物信息学数据库和采用分析工具来实现对这些数据的查询、统计和计算机分析等［7］。

3.生物信息学在农药设计开发研究领域中的应用

传统的药物研制主要是从大量的天然产物、合成化合物，以及矿物中进行筛选，得到一个可供临床使用的药物要耗费大量的时间与金钱。生物信息学在药物研发中的意义在于找到病理过程中关键性的分子靶标、阐明其结构和功能关系，从而指导设计能激活或阻断生物大分子发挥其生物功能的治疗性药物，使药物研发之路从过去的偶然和盲目中找到正确的研发方向。生物信息学为药物研发提供了新的手段［8，9］，导致了药物研发模式的改变［10］。目前，生物信息学促进农药研制已有许多成功的例子。itzstein等设计出两种具有与唾液酸酶结合化合物：4-氨基-neu5ac2en和4-胍基-neu5ac2en。其中，后者是前者与唾液酸酶的结合活性的250倍［11］。目前，这两种新药已经进入临床试验阶段。tang sy等学者研制出新一代抗aids药物saquinavir［12］。pungpo等已经设计出几种新型高效的抗hiv-1型药物［13］。杨华铮等人设计合成了十多类数百个除草化合物，经生物活性测定，部分化合物的活性已超过商品化光合作用抑制剂的水平［14］。

现代农药的研发已离不开生物信息技术的参与，随着生物信息学技术的进一步完善和发展，将会大大降低药物研发的成本，提高研发的质量和效率。

4.生物学信息学在作物遗传育种研究领域中的应用

随着主要农作物遗传图谱精确度的提高，以及特定性状相关分子基础的进一步阐明，人们可以利用生物信息学的方法，先从模式生物

中寻找可能的相关基因，然后在作物中找到相应的基因及其位点。农作物的遗传学和分子生物学的研究积累了大量的基因序列、分子标记、图谱和功能方面的数据，可通过建立生物信息学数据库来整合这些数据，从而比较和分析来自不同基因组的基因序列、功能和遗传图谱位置［15］。在此基础上，育种学家就可以应用计算机模型来提出预测假设，从多种复杂的等位基因组合中建立自己所需要的表型，然后从大量遗传标记中筛选到理想的组合，从而培育出新的优良农作物品种。

5.生物信息学在生态环境平衡研究领域中的应用

在生态系统中，基因流从根本上影响能量流和物质流的循环和运转，是生态平衡稳定的根本因素。生物信息学在环境领域主要应用在控制环境污染方面，主要通过数学与计算机的运用构建遗传工程特效菌株，以降解目标基因及其目标污染物为切入点，通过降解污染物的分子遗传物质核酸 dna，以及生物大分子蛋白质酶，达到催化目标污染物的降解，从而维护空气［16］、水源、土地等生态环境的安全。

美国农业研究中心（ars） 的农药特性信息数据库（ppd） 提供 334 种正在广泛使用的杀虫剂信息，涉及它们在环境中转运和降解途径的16种最重要的物化特性。日本丰桥技术大学（toyohashi university of technology） 多环芳烃危险性有机污染物的物化特性、色谱、紫外光谱的谱线图。美国环保局综合风险信息系统数据库（iris） 涉及 600种化学污染物，列出了污染物的毒性与风险评价参数，以及分子遗传毒性参数［17］。除此之外，生物信息学在生物防治［18］中也起到了重要的作用。网络的普及，情报、信息等学科的资源共享，势必会创造出一个环境微生物技术信息的高速发展趋势。

6.生物信息学在食品安全研究领域中的应用

食品在加工制作和存储过程中各种细菌数量发生变化，传统检测方法是进行生化鉴定，但所需时间较长，不能满足检验检疫部门的要求，运用生物信息学方法获得各种致病菌的核酸序列，并对这些序列进行比对，筛选出用于检测的引物和探针，进而运用pcr法［19］、rt-pcr法、荧光rt-pcr法、多重pcr［20］和多重荧光定量pcr等技术，可快速准确地检测出细菌及病毒。此外，对电阻抗、放射测量、elisa法、生物传感器、基因芯片等［21-25］技术也是未来食品病毒检测的发展方向。

转基因食品检测是通过设计特异性的引物对食品样品的dna提取物进行扩增，从而判断样品中是否含有外源性基因片段［26］。通过对转基因农产品数据库信息的及时更新，可准确了解各国新出现和新批准的转基因农产品，便于查找其插入的外源基因片段，以便及时对检验方法进行修改。目前由于某些通过食品传播的病毒具有变异特性，以及检测方法的不完善等因素影响，生物信息学在食品领域的应用还比较有限，但随着食品安全检测数据库的不断完善，相信相关的生物信息学技术将在食品领域发挥越来越重要的作用。

 　生物信息学广泛用于农业科学研究的各个领域，但是仅有信息资源是不够的，选出符合自己需求的生物信息就需要情报部门，以及信息中介服务机构提供相关服务，通过出版物、信息共享平台、数字图书馆、电子论坛等信息媒介的帮助，科研工作者可快速有效地找到符合需要的信息。目前我国生物信息学发展还很不均衡，与国际前沿有一定差距，这需要从事信息和科研的工作者们不断交流，使得生物信息学能够更好地为我国农业持续健康发展发挥作用。

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第2篇：生物信息学的研究进展范文

生物信息学教学模式探索任务引领生物信息学是用数理和信息科学的观点、理论和方法研究生命现象、组织和分析呈现指数增长的生物医学数据的一门学科，它是生物医学、数学、信息科学以及计算机科学等诸多学科的崭新交叉学科。生物信息学几乎是今后所有生物（医药）研究开发所必需的工具。

21世纪是生物科学的世纪。近年，我国生物技术公司对生物信息学人员的相关需求也迅速增加，浙江理工大学生命科学学院生物技术专业在进行了行业调研并进行专业课程体系构建研究后，于2006年定位和开设了生物信息学课程。该门课程经过8年多的建设后，对教学团队的建设、课程目标的设定、教学内容及教学教法的选择等方面进行了卓有成效的探索，这些探索所形成的结论，可为即将开设或正在进行该课程教学改革的学校提供可借鉴的经验。

一、生物信息学的课程特点

诺贝尔奖获得者W.Gilbert1991年提出了这样一个观点：传统生物学解决问题的方式是实验的，而现在，基于全部基因都将知晓，并以电子可操作的方式驻留在数据库中，新的生物学研究模式的出发点应是理论的，是一个科学家先从理论推测出发设定研究目标，然后再回到实验中去追踪或验证这些理论假设。而生物信息学研究正是从英特网上源源不断地采集数据，进行分析、归类与重组，发现新线索、新现象和新规律，用以指导实验工作设计，是一条既快又省的研究路线。它对于找寻一个研究项目的突破口是非常重要的，选定合适的研究出发点，可避免许多不必要的重复，最大程度节约研究资源，使研究成果最大化。鉴于该门技术对生物科学的理论、实践要求以及对信息技术掌握的要求，生物信息学课程与其他课程的教学有很大不同。

1.在课程目标定位中，提高学生对相关网络资源的使用能力是该门课程的重要目标之一。学生必需使用强大的搜索功能实现数据储存、检索和分析，学校在教学资源配置上必需向此倾斜。

2.该门课程学科交叉性强，所涉及的生物及计算机等学科的相关知识更新都很快，导致其理论和实践内容不断推陈出新，这使得在教学内容选择上要紧跟这些更新，不断进行调整。

3.课程教学实践性强，同时涉及生物技术专业实践和计算机应用技术的实践，这需要教师在授课过程中根据学生的学习规律合理安排实践项目，发挥好这两种技术的协同作用。

二、生物信息学课程教学模式探索

1.教学目标与其所培养学生的核心技能

合理的课程目标与定位是决定课程建设成败和教学效果的基础，其主要依据是人才培养需求与授课对象的实际情况。经过对该门课程教学对象的研究发现，在生物专业课程体系下培养的本科生，其前导课程主要集中在生物领域，通常没有系统的学习过计算机、信息技术、编程等知识。对信息检索、模型建立、软件的识别及应用的能力相当薄弱。因此，本门课程将提高学生的信息技术能力也作为一个重要的课程目标。学生在本门课程中将学习与生物技术相关的各种数据库和软件的使用。当然，对学生信息技术能力的要求也定位在能使用、会使用就行，不需要将学生掌握生物数据库构建和软件开发作为课程教学的目标。

在课程目标的设定过程中，应牢记高校对文化的传承的功能，要使学生了解生物信息学发展的历程。在生物信息学学科发展过程中所涌现出来的著名学者，众所周知的震撼人心、启迪心灵的奇闻秩事，能使学生对这门课程产生浓厚的兴趣，甚至更深刻地领会这门课程的含义。

熟练掌握生物数据库的检索和使用是生物信息学课程教学的首要目标。到目前为止，生物学数据库总数已达500个以上，在DNA序列方面有GenBank、EMBL和DDBJ等；在蛋白质一级结构方面有UniProt、SWISS-PROT、PIR和MIPS等；在蛋白质和其他生物大分子的结构方面有PDB等；在蛋白质结构分类方面有SCOP和CATH等。各数据库均通过Internet提供多种形式的数据检索服务。例如，NCBI-GenBank数据库就提供Retrieve（Email），Entrez（Web集成信息检索）及Query（Email集成检索）等多种方式的检索服务。这类检索服务是生物数据库所能提供的多种服务中最基本的信息共享和应用服务，也是生物专业学生和科研工作者经常使用的。在教学过程中需通过设计检索任务来完成对这些数据库使用方法的学习，如通过生物数据库检索家蚕profilin基因的相关信息。

增强学生使用生物信息处理软件的能力，是生物信息学课程教学的重要目标。在世界各地，科学家每天都要通过序列比对软件进行成千上万次的序列比对。学生需要通过课程的学习熟练掌握各种生物信息处理软件，有时还有必要进行一些简单程序的设计，进而掌握发现新线索、查找新规律的工具。例如，目前，借助于生物信息手段的蛋白质预测是提供蛋白质结构及功能信息的重要方法，对这种预测方法的学习将使学生更多更快地了解蛋白质的信息，加深对生物技术科学的理解和运用。除了生物数据库和生物软件使用学习外，还要着重体现生物学文献调研和阅读、论文撰写等基本能力的训练，如EndNote文献管理软件的使用。

2.教学内容选择和教学顺序的组织

生物信息学的课程教学内容的选择，要紧随生物信息学的发展方向，涵盖最前沿知识和最先进技术领域。与此同时，教学内容的选择还应充分考虑学生基础和对该门课程的需求。生物信息学选课学生通常有两类，一类是具有较为扎实的生物学基础的学生，他们学习目的非常明确，其学习重点在于提高对生物信息实验所得结果的分析解释和验证能力。另一类是生物学基础相对较弱的学生，这些学生主要是为了了解生物信息学发展前沿、掌握检索能力以及初步的分析技能，对分析、处理、预测结果的验证涉及不多。无论哪种学生，都比较欠缺信息技术方面的知识，因此，这类知识在前面部分介绍。而后面部分则随学生的类型有所改变，我们根据授课学生的分类选择不同的授课内容和授课重点，尝试据此来划分教学组织的各个阶段，在每个教学节点精心设置任务（如表1所示）。

与其他课程的教学一样，生物信息学课程的教学需遵守学生对知识的掌握规律，其内容的选择与安排应按照循序渐进的原则。从第一阶段到第二阶段，教学内容“由易到难”。随着教学过程的深入，课程内容更侧重于对生物信息学某一专业领域的引导，此时授课教师的指导更加重要，这类领域往往与开课院系专业的优势研究领域和导师研究方向相结合。

3.课程教学方法的改革

生物信息学是一门涉及知识面深刻而广泛，学生独立自学的难度很大的交叉科学。依据建构主义教学理论的特点，这类难度大、技术性和实践性强的课程要特别重视以学生为教学主体的教学方法，应尝试从任务引领入手，将生物信息学的一些重要学习内容逐步展现出来。

在生物信息学教学中，教学内容侧重于任务引领，设定与学生生活相贴近的、接合学科发展前沿的引领任务。例如，可以从高水平杂志（Nature、Science）上根据任务引领的关键词搜索综述，根据综述总结出该任务发展脉络，提炼教学任务，将较为抽象的计算机算法、生物学基础知识融于任务中，使学生有积极参与的意愿。及时将任务相关工具提供给学生，或是提前引导学生自己查询工具，使学生有完成任务的基础。

学生在每个节点都非常清晰地知道下个节点的主题，并在完成教师的任务过程中，构建局部知识框架，形成自己的见解。教师需在课堂上和课堂以外及时掌握学生对各个节点知识的掌握情况，找到学生的最近发展区，针对重点、难点解惑，提高教学效果。这样可以使选择的教学任务吸引学生、引领学科前沿，还能在教学过程与学生的互动中有效地实现教学相长。

4.重视切合课程设计的教材编写

生物信息学不同于其他学科，其很多内容和知识节点更新很快，很多最新成果必须教师根据生物信息学发展前沿及时整理和总结，其教学内容设置着重于保证教学内容的先进性和前沿性。教材的更新和修订周期较短，几乎每学期均需要重新修订。

2001年，教育部在[2001]4号文件中明确要求直属高校的“本科教育要创造条件使用英语等外语进行公共课和专业课教学”，在信息技术、生物科学、管理、金融、法律等专业力争在3年内使外语讲授的课程达到所开课程的5%～10%，尤其强调了生物科学更要先行一步。现实情况也使英文自编教材的编写刻不容缓，现在，绝大部分前沿生物数据信息（最主要的核酸和蛋白质）数据库均为全英文操作界面，操作者只有熟练掌握生物信息学英文术语才能自如地使用该系统，才能更有效的进行生物信息学的学习和研究工作。在英文自编教材编写时，理论部分的参考书我们精心应选定了具有非常严谨理论体系和反应了最前沿生物信息技术的《BIOINFORMATICS：Databases，Tools， and Algorithms》。编写时需要特别注意应依据教学设计来设定来序化任务，突出不同教学阶段的教学重点，使学生学习过程是个循序渐进的过程。我校采用的自编教材根据教学阶段共设置五个引领任务：

（1）Pubmed检索profilin基因研究进展；

（2）家蚕profilin基因结构分析与PCR扩增引物的设计；

（3）家蚕profilin基因同源序列的获取与进化树的构建；

（4）家蚕profilin蛋白二级和三级结构的模拟；

（5）家蚕profilin蛋白理化性质和功能位点的分析.

5.合理配置网络资源和多媒体教学资源

首先，学会利用互联网、计算机、数据库和应用软件进行生物信息分析的基本方法和技能本身就是生物信息学教学重点。以往普通的多媒体教室已难以提供一个交互式的网络化、信息化的教学环境，如果想上好生物信息学这门课程，网络资源和多媒体教学资源的应用，将贯穿于整个生物信息学课程（从任务下发及申领、任务控制及执行、任务完成结果检验与反馈）的整个教与学的过程。而我们通过极域电子教室和学校4A网络教学平台结合，较好的实现了生物信息学交互式的网络化、信息化的教学环境。

课前，教师通过网络平台将任务教学内容、任务序列、工具等传递给学生，学生通过登陆互联网络，利用网络资源和软件尝试完成预习任务。此处可以设置学情反馈点，教师通过网络论坛等形式掌握学生预习情况。授课过程中，教师利用教师机客户端的文件分发系统将任务教学内容、任务序列、工具等发送到学生桌面，再通过广播教学多媒体技术为学生形象的讲解任务内容以及完成方法。每位学生在教师的监督下在互联网上执行任务。教师在监控学生完成任务过程中，不断的得到学生任务进程的反馈，对于任务中学生出现共性问题，利用网络、广播教学或演示等形式及时解决。课下，学生同样可通过学校4A网络教学平台将任务报告、作业、问题和意见等反馈给教师，教师在平台上批改任务报告后将成绩和评语发送给学生，让学生及时了解自己的学习情况，师生还可以通过平台中的网络论坛进行问题讨论等。网络环境下的生物信息学任务引领式教学，不仅能提高学生的学习兴趣，还能创造更为有效的师生互动信息教学环境。

三、结束语

经过多年的生物信息学教学实践发现，如果想建设好生物信息学课程，我们需要设定非常清晰的教学目标，理清课程需要培养学生的核心技能；结合行业发展的技术前沿精心选择教学内容，合理序化教学顺序；要依据建构教学理论，重视以学生为教学主体的教学方法，尝试从任务引领入手引领学生学习，提高学生的学习兴趣；要重视切合课程设计的教材编写，理论部分引自精选英文参考书，设计教材结构应切合任务引领的教学方法；合理配置网络资源和多媒体教学资源，加强学生互动，为成功地实现“反转课堂”提供保障。

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第3篇：生物信息学的研究进展范文

【摘要】

目的用生物信息学软件分析贯叶金丝桃查尔酮合成酶基因编码蛋白的多种蛋白质性质，获取该基因的相关因素。方法利用Protparam，GOR4，ProtScale，Protfun和NetPhos软件预测和分析贯叶金丝桃查尔酮合成酶基因编码蛋白的氨基酸组成、理论等电点、结构域、活性位点、卷曲螺旋、疏水性、糖基化位点、磷酸化位点及二级结构。结果推测贯叶金丝桃查尔酮合成酶基因编码蛋白分子式为：C1910H3056N508O565S18，理论等电点pI 6.12；并含有一个查尔酮合成酶活性位点：156 – 172（ RLmMyQqGCFAGGTvLR）。该蛋白含有163个α-螺旋，81个延伸链，145个无规则卷曲，1个N-糖基化位点，1个O-糖基化位点，17个磷酸化位点，包括8个丝氨酸磷酸化位点，8个苏氨酸磷酸化位点和1个酪氨酸磷酸化位点。结论该蛋白推测是一个疏水性稳定蛋白，属于连接酶。

【关键词】 贯叶金丝桃； 查尔酮合成酶基因； 生物信息学

Abstract：ObjectiveTo obtain information of Chalcone synthase gene in Hypericum perforatum， the character of this gene and its product protein were analyzed by a series of bioinformatics software.MethodsThe character of Chalcone synthase protein such as the constitution of amino acid， equipotential， domain， active site， coiled coil， hydrophobicity， glycogylation site， phosphorylation sites，second structure were analyzed by the Protparam、GOR4、ProtScale、Protfun and NetPhos software.ResultsTheoretical pI of this protein was 6.12， and the formula was C1910H3056N508O565S18. This protein contained a Chalcone and stilbene synthases active site from 156 to 172(RLmMyQqGCFAGGTvLR). The results also showed that Chalcone synthase protein had 163 α-helix， 81 extended strand， 145 Random coil ， 1 N-glycogylation sites， 1 O-glycogylation sites， 17 phosphorylation sites，8 serine phosphorylation sites， 8 threonine phosphorylation sites， 1 tyrosine phosphorylation sites.ConclusionIt was a hydrophobic and stable protein，belonged to ligase enzyme.

Key words：Hypericum perforatum; Chalcone synthase gene; Bioinformatics

查尔酮合成酶(Chalcone synthase， CHS)是植物次生代谢途径中黄酮类物质合成的关键酶，仅分布于高等植物中［1］，查尔酮合成酶是所有黄酮类化合物合成的关键酶，它介导了此类化合物合成的第一步，催化3分子的丙二酞辅酶A与1分子对羟基苯丙烯酞辅酶A缩合成柚皮素查尔酮，然后再由查尔酮异构酶异构化成不同的黄酮类化合物［2］。黄酮类化合物系色原烷和色原酮的衍生物，是一类在高等植物中大量存在的重要的次生代谢产物，具有很多重要的功能，如参与花色的形成、UV防护、抵抗病原体等等。目前研究表明，它们还与人类的健康有着密切的关系，具有消除氧自由基、抗炎、抗癌、保护心脑血管系统等多种药理作用［3，4］。

贯叶金丝桃主要含有黄酮类、挥发油等多种成分［5］，本文利用生物信息学的方法研究贯叶金丝桃CHS基因的一级、二级结构，从而对该基因的理化性质、结构特征和功能等进行预测和分析，以期为该基因的深入研究提供参考和理论依据。

1 材料与方法

数据资料来源于 National Center for Biotechnology Information（NCBI）核酸及蛋白质数据库中已注册的贯叶金丝桃（Hypericum perforatum， AF461105）的核酸序列及其对应的氨基酸序列。利用生物信息学数据库和互联网上的软件进行分析，用Protparam［6］分析ATPase E基因编码蛋白的氨基酸序列组成、分子量、等电点等理化性质；在NCBI对其保守结构域分析；用GOR4［7］预测其二级结构；用Protfun［8，9］和NetPhos［10］分析蛋白质功能。

2 结果

2.1 贯叶金丝桃查尔酮合成酶基因氨基酸序列的分析

该cDNA全长1510bp，包括1170bp的开放读码框（open reading frame， ORF），134个碱基的5'非翻译区（5'-untranslated region or 5'-UTR），206个碱基的3'非翻译区（3'-untranslated region or 3'-UTR），编码一个389个氨基酸的多肽。在ScanProsite对其结构域分析贯叶金丝桃查尔酮合成酶基因含有一个查尔酮合成酶活性位点：156 - 172（ RLmMyQqGCFAGGTvLR）。见图1。

2.2 贯叶金丝桃查尔酮合成酶基因编码蛋白的理化性质

用ProtParam对查尔酮合成酶(Chalcone synthase， CHS)基因编码蛋白的理化性质预测，推测该蛋白的分子式为C1910H3056N508O565S18，分子量是42 753.4Da，理论等电点pI 6.12；该基因含Leu (L)最多，占10.0%；不含Pyl (O)、Sec (U)、Asx (B)、Glx (Z)、Xaa (X)。总的带正电残基(Arg + Lys)为45，负电残基(Asp + Glu)为49。总的亲水性平均系数（Grand average of hydropathicity (GRAVY)）为-0.117，预测该蛋白属于疏水性蛋白。该基因预测不稳定指数是35.38，属于稳定蛋白。

2.3 贯叶金丝桃查尔酮合成酶基因编码蛋白疏水性/ 亲水性的预测

利用ProtScale软件的Kyte and Doolittle算法对的查尔酮合成酶蛋白进行亲水/疏水性分析。正值越大表示越疏水，负值越大表示越亲水，介于+ 0.5到-0.5之间的主要为两性氨基酸，结果提示大约在贯叶金丝桃的查尔酮合成酶蛋白中339-346区域的疏水性最强，其次18-24，98-102，126-132，166-170，186-194，217-226，368-375，379-385区域具有较强的疏水性；348-360区域的亲水性最强，其次7-14，31-72，115-123，176-183，314-326区域具有较强的亲水性(见图2)。可见，贯叶金丝桃的查尔酮合成酶蛋白的疏水区域大于亲水区域。

2.4 贯叶金丝桃查尔酮合成酶基因编码蛋白的二级结构预测应用

GOR法分析查尔酮合成酶(Chalcone synthase， CHS)基因编码蛋白的二级结构，结果在该氨基酸序列中，共有α-螺旋（Alpha helix）163处，占总二级结构的41.90%；延伸链（Extended strand）81处，占总二级结构的20.82%；无规则卷曲（Random coil）145处，占总二级结构的37.28%。见图3。

2.5 贯叶金丝桃查尔酮合成酶基因编码蛋白质的结构分析和功能分类

ProtFun和NetPhos预测查尔酮合成酶(Chalcone synthase， CHS)基因编码的蛋白含有1个N-糖基化位点（336）；1个O-糖基化位点（3）；17磷酸化位点（63，133，153，250，282，318，332，353，3，24，44，132，197，204，245，360，40），包括8个丝氨酸磷酸化位点（63，133，153，250，282，318，332，353）， 8个苏氨酸磷酸化位点（3，24，44，132，197，204，245，360）和1个酪氨酸磷酸化位点（40），见图4。

ProtFun预测ThHKT1蛋白的功能分类如图5箭头所示，推测该蛋白的功能可能是参与重要的中间代谢，这进一步预测该基因编码蛋白属于连接酶（Ligase Enzyme）。

3 结论

本文利用ProtParam对贯叶金丝桃查尔酮合成酶基因编码蛋白的理化性质预测，推测该蛋白的分子式为C1910H3056N508O565S18，分子量是42753.4Da，理论等电点pI 6.12。属于稳定蛋白，并含有一个查尔酮合成酶活性位点：156 - 172（ RLmMyQqGCFAGGTvLR）；利用ProtScale软件的Kyte and Doolittle算法对查尔酮合成酶蛋白进行亲水/疏水性分析表明贯叶金丝桃的查尔酮合成酶蛋白的疏水区域大于亲水区域。

应用GOR法分析贯叶金丝桃查尔酮合成酶基因编码蛋白的二级结构表明，α-螺旋是该基因整体结构中的主要组成结构元件，延伸链和无规则卷曲散布于整个蛋白质中。ProtFun和NetPhos预测查尔酮合成酶(Chalcone synthase， CHS)基因编码的蛋白含有1个N-糖基化位点；1个O-糖基化位点；17磷酸化位点，推测该蛋白属于连接酶。

应用生物信息学方法对贯叶金丝桃查尔酮合成酶基因编码蛋白进行比对、分析，从而对其结构和功能进行推断和预测，为开展实验研究前提供尽可能多的信息，能为选择合适的实验方法提供理论参考，为进一步对该基因的功能研究提供线索。

参考文献

［1］Huang JX， Qu L J， GuHY. A preliminary study on the origin and evolution of chalcone synthase ( CHS ) gene in angiosperms［J］. Acta Botanic Sinica， 2004， 46(1): 10.

［2］李军，李洪清，李美茹.大花美人蕉查尔酮异构酶基因的cDNA克隆和序列分析［J］. 植物生理学通讯，2006，42(3):449.

［3］张党权，谭晓风，王晓红. 查尔酮合酶与查尔酮异构酶基因特征及转基因应用［J］. 中南林业科技大学学报，2007，27(2): 87.

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［5］柯仲成，程小玲. 贯叶金丝桃的研究进展［J］. 黄山学院学报，2007，9 (5) : 79.

［6］Gasteiger E.， Hoogland C.， Gattiker A.， et al. Protein Identification and Analysis Tools on the ExPASy Server; (In) John M. Walker (ed): The Proteomics Protocols Handbook［M］. Humana Press， 2005，571.

［7］Garnier J， Gibrat J-F， Robson B. GOR secondary structure prediction method version IV Methods in Enzymology ［J］. R.F. Doolittle Ed.， 1996，266: 540.

［8］L. Juhl Jensen， R. Gupta， N. Blom， D. Devos， J. Tamames， Prediction of human orphan protein function from post-translational modifications and localization features［J］. J. Mol. Biol.， 2002， 319:1257.

第4篇：生物信息学的研究进展范文

【关键词】传染病信息学；症状监剥；数据库

【文章编号】1004-7484（2014）07-4196-01

在交通高速发达的全球化现代社会，无论是自然发生的传染病，还是因生物恐怖袭击导致的传染病，都有可能造成人员和经济上的损失。我国公共卫生系统的不同业务领域运行着众多相互独立的信息系统，它们虽然能够为各级政府决策提供很多依据，但是由于各地、各部门的信息系统建设缺乏标准化系统的支撑，导致了不同系统之间的数据难以共享、交换，出现信息孤岛的现象，管理部门难以对不同地区、不同部门的资源进行有效的整合，使信息系统作用受到很大的限制。本文中，笔者将通过讨论传染病信息学研究目的、研究内容以及核心技术，着重介绍传染病信息学在症状监测中的应用。

1传染病信息学的主要研究目的及研究内容

传染病信息学作为管理和分析传染病相关数据的一门新兴学科，旨在发展收集、共享、报告、分析传染病数据和数据的可视化技术，对传染病领域的信息管理和分析问题进行系统的研究，为植物、动物以及人类传染病的预防、监测、处理传染病提供数据和决策支持。因此，传染病信息学的研究成果，不仅能够应对可能遭受的生物恐怖袭击，还可以推动公共卫生机构的发展。

传染病信息学的研究涉及多个学科，其研究内容不但涉及管理信息系统、运筹学、动力学系统、生物信息学、生物统计学，还涉及心急技术领域的多个分支，如数据可视化技术、数据挖掘、信息整合等。此外，传染病信息学研究还直接涉及很多政策性课题，如部门内部与部门之间的合作、数据权限控制盒数据所有权等。

由于信息需要在不同信息管理系统、不同地点之间达到共享和汇总，加之传染病信息系统所需的基本功能为获取、存储和检索信息，因此传染病信息管理系统应该通过网络分布的数据存储结构，使用可共用标准的数据共享协议。

传染病信息学主要研究内容包括：⑴数据共享和相关的激励机制问题，在传染病信息管理系统在运行过程中，需要给所有的数据提供商一定的激励措施，保证在运行中长期共享传染病信息；⑵与警报和数据传播相关的问题，即在什么情况下，向什么单位或个人发出什么类型的警报信息；⑶与数据权限控制和数据所有权等相关的问题，即谁可以集中、读写或者分发数据，谁可以拥有数据库和衍生数据；⑷与法律有关的问题，很多与数据管理相关的法律、法规将直接影响传染病信息系统的设计和操作。

2传染病信息学的主要核心技术

传染病信息系统提供数据支持所需的主要核心技术包括：数据导入和权限控制、系统结构和通信传输、数据标准。

2.1 数据导入和权限控制。由于数据共享和数据保密性的要求，数据导入和权限控制在传染病信息学应用中尤为重要，并且对其有独特的要求，数据导入和控制负责检查基础信息来源提供的数据可靠性和完整性，通过限制用户接触敏感数据来控制权限。在传染病信息学的应用中，用户进入权限有别于一个未授权过的用户会被拒绝进入一个特定的模块这种简单的权限控制，例如，一个地方公共卫生官员虽然可以进入他管辖区收集的数据库，但是却不能再没有授权的情况下进入临近管辖区的数据库，这种通过授权的方式以某种聚集的形式访问数据库的途径可以有效的保证传染病信息系统的数据安全。

2.2信息结构和信息传输。目前我国几乎所有的医院都支持临床和医疗行政管理，中信息传输的主导标准Health Level 7（（HL7），现在已经升级到3.0版本，其功能更加灵活和强大。对于生物反恐和传染病信息系统内部机系统间的通信力言，HL73.0版本的参考信息模式提供了必要的结构，使信息通信含义清楚并维持了数据元素间的结构关系。

2.3数据标准。数据标准对统一疾病报告和监测中的相关数据形式，促进传染病信息系统之间的数据共享至关重要。从数据标准在保健和公共卫生信息学中的应用效果来看，数据标准虽然很大程度上减少了挖掘、聚合、理解数据时的问题，但是也带来了大量概念上的混乱和实施中的困难。我国自2004年也开始了对公共卫生信息系统数据元标准和基本数据集的研究，并取得了很大进展。

3传染病信息学在症状监测中的应用

传染病信息学的主要应用领域之一就是症状监测，近十年来，我国症状监测在理论与实践方面都取得了很大的进展，其中评价症状监测系统的关键因素为系统检测疾病爆发或生物恐怖的有效性、阳性预测值、敏感性、及时性。传统的症状监测以实验室诊断为主，这样疾病诊断过程就需要很长时间，违背的症状监测的及时性原则。症状监测作为针对公共卫生监测早期一场症状专用数据的一整套连续的、系统的预警、分析和收集方法，可以对可能的传染病和生物恐怖袭击进行实时的监测，以信息技术为基础，实时向国家、地方一级医院提供及时、有价值的信息，为公共卫生反应赢得时间。本节将从症状监测的角度进一步展开传染病信息学技术问题的讨论。

症状监测系统可以分为以下四个模块⑴数据来源和采集，数据来源包括公共卫生实验室监测结果、紧急医疗救助120电话记录、企事业单位缺勤率、口罩卫生纸等医疗用品的销售量、药店非处方药销售情况以及医院急诊室病人访问情况等。初步研究为评估数据的有效性，并研究它们在症状监测的信息特性化能力、及时性等方面的不同。收集数据需要安全水平较高的专用计算机网络；⑵症状分类，目前大部分症状监测系统使用主诉作为数据的一个主要来源，很多基于信息检索和文本处理的分类方法，通过分类可以帮助辨别疾病对公共卫生的威胁程度；⑶数据分析和症状监测，目前自动数据分析与预警中常用的算法都是基于异常监测的，包括人工智能方法和经典的统计方法，考虑到没有一个单独的算法可以覆盖所有的可能情况，所有一个监测系统需要利用一种以上的算法，量化从监测数据中观察到的传染病暴发的可能性；⑷数据可视化，通过一个普适性的可视化环境，便于与用户进行数据分析和结果共享。

4结束语

传染病信息学作为一门专门用来管理和分析传染病相关数据的新兴学科，目前已经广泛应用于症状监测中，能够及时的收集和分析数据，预诊断信息。对监测结果进行预测和分析将是下一步研究热点。

参考文献

[1] 金水高.公共卫生信息系统数据元的标准化研究[J].公共卫生与预防医学，2006，17（1）：30―32.

第5篇：生物信息学的研究进展范文

关键词：蛋白质化学；理论讲授；专题介绍

中图分类号：G642.41 文献标志码：A 文章编号：1674-9324（2017）03-0221-03

生物技术是21世纪影响国计民生的关键科学技术之一，而生物技术发展所依托的生命科学研究承担着揭示生命奥秘，改善人类身体素质和生活品质的重要责任。生物学专业的大学生是生命科学研究中的生力军，也是直接影响我国生物产业发展的人才储备。因此，在当今生命科学研究日新月异的时代背景下，与时俱进地开展生命科学相关课程建设具有重要的战略意义。在诸多生物大分子中，蛋白质是生命活动的主要承担者，具有举足轻重的作用。在上世纪90年代“人类基因组计划”之后，生命科学研究进入了后基因组时代，也就是蛋白质组学时代。因此，本文结合蛋白质研究进展探讨了在高年级本科生中开展《蛋白质化学》教学的必要性以及相关课程体系设置等内容，以期能为生命科学专业学生全面知识体系的构建奠定基础，并由此推进生物产业人才的培养和储备工作。

一、开展《蛋白质化学》课程的必要性

2012年5月14日，科技部印发了《蛋白质研究国家重大科学研究计划“十二五”专项规划》。该规划指出：“蛋白质是生命活动的主要执行者，对蛋白质结构与功能、相互作用和动态变化的深入研究，将有助于揭示生命现象的本质。蛋白质研究取得的众多成果也将是新药创制、传染病防诊治、农作物改良、生物能源转化、工业生物催化等各个领域的重要创新源泉。”2014年8月在北京启动的国家重大科学研究计划“十三五”发展规划战略研究工作中，蛋白质研究与纳米研究、量子调控研究、发育与生殖研究、干细胞研究以及全球变化研究等作为国家前瞻性部署和重点任务。蛋白质研究已经不仅是美国等发达国家关注的重点领域，也是我国致力发展的前沿热点之一。蛋白质组学研究是继“人类基因组计划”之后的又一“兵家必争之地”。然而，蛋白质相关基础知识是蛋白质组学研究的前提保障，其中涉及的技术手段是蛋白组学研究的利器。由于蛋白质研究涉及了生物化学、生物物理、细胞生物学、分子生物学、结构生物学、生物信息学等多个学科，学科之间彼此交叉，相互渗透，因此对于从事蛋白质相关研究或有志于投身于蛋白组学研究的生物专业学生而言，学科基础课《生物化学》中的相关知识与当今蛋白质研究的切合度有限，难以满足今后科学研究的需求。由此可见，在高年级本科生中开展《蛋白质化学》专业选修课程，全面系统地介绍蛋白质化学相关基础知识以及最新研究进展，具有重要的意义和必要性。

二、《蛋白质化学》课程体系构建的思考

目前，上海大学实施的是短学期教学体制，每学期为10周。基于对教学效果的考量，学校鼓励小班教学，专业选修课的学生数量一般在20―30人。根据这些实际情况，笔者认为在有限的时间内应该尽可能让学生建立较为全面的知识体系，同时通过调动学生的积极性，使学生更为主动地体会到蛋白质化学相关研究的发展。因此，在课程开展过程中，笔者采用了老师讲授和学生讨论相结合的授课形式，通过师生互动，促进学生对相关理论知识的理解，并提高其运用知识的实践能力。经过三年的课程实践，本课程的基本构建框架已经成型，具体的课程体系构建如下。

1.蛋白质化学基础理论。①蛋白质结构理论与研究方法。蛋白质结构是功能研究的基础，蛋白质的高级结构直接决定了蛋白质的功能。只有详细了解蛋白质及其复合物和组装体的结构，才有可能对蛋白质的生理功能进行揭示。因此，在课程开展之初，笔者首先向学生介绍蛋白质结构的基础知识。虽然蛋白质的基础组成与多级结构等知识在《生物化学》课程中都有所涉及。但是，从实际教学情况来看，大部分学生学得多也忘得快，很少能把握住知识的核心。而《蛋白质化学》的教学重点与《生物化学》又有所区分，所以本课程主要关注蛋白质从基本构成元件氨基酸到高级空间结构的演变过程，重点强调了各级结构特点以及关键影响因素。在教学过程中，为了便于学生理解和记忆，笔者选择以常见蛋白为模型，形象说明各级结构的特点，并穿插介绍各级结构研究历史中的小故事，特别是诺贝尔奖相关的突破性进展，以此来提升学生的兴趣。由于是专业选修课，课程设置的目的是希望学生能够更为全面、深入地了解相关知识，因此笔者在课程教授过程中不强调对知识的死记硬背，而更希望学生因为兴趣而理解，因为理解而记忆，最终达到吸收知识的目的。在蛋白质结构基础知识掌握的基础上，进一步向学生介绍用以揭示各级结构的研究方法，强化学生对蛋白质结构的认识和理解。在蛋白质结构研究方法介绍中，笔者按照蛋白质一级结构到四级结构的变化规律，逐级介绍蛋白质的相关研究方法，包括一级结构研究中的生物学方法（cDNA法）、化学方法（Edman降解法）和物理方法（质谱法）、二三级结构研究方法圆二色谱法、拉曼光谱法、荧光光谱法和紫外光谱法以及高级结构研究的X-射线衍射技术、核磁共振技术和冷冻电镜技术等。在讲授的过程中，注意将技术的核心与结构的特点结合起来，既讲授技术的原理和应用，又帮助学生再次理解各级结构的特点。其中，在高级结构研究方法介绍中，结合国内外顶尖研究组最新发表的相关工作，让学生更为及时地了解当今科技发展的趋势。同时，笔者引入了蛋白质数据库作为生物信息学知识的一部分，介绍了蛋白质数据库这一有用的蛋白质研究平台，让学生建立对蛋白质结构相关的生物信息学知识的基本印象，鼓励学生根据自身兴趣进一步深入了解各数据库的特点以及适用范围。这一部分内容由于专业性较强，属于工具类知识，所以未对学生做强制要求，仅仅作为知识普及，便于学生在将来研究需要时知道如何寻求帮助；②蛋白质折叠。蛋白质折叠是蛋白质从一级结构向高级结构转变的过程，是蛋白质具有生理功能的必经之路。蛋白质折叠被认为是对中心法则的补充说明，也因此被成为第二遗传密码。蛋白质折叠在上述蛋白质结构认识基础上帮助学生更为深刻地了解蛋白质结构与功能的紧密联系。在这部分教学过程中，笔者首先通过“变性”这个知识点的讲授，让学生建立蛋白质结构与功能的初步联系。之后，通过以著名的蛋白质复性实验――“Anfinsen实验”的设计思路、研究过程以及实验结果分析作为案例，让学生随着实验一步步了解蛋白质折叠的隐藏秘密，激发学生的探索兴趣。在这个案例中，学生不仅可以再次理解变性对于蛋白质功能的影响，又可以了解到蛋白质变性的可逆性。通过变性―复性整个过程的演变，可以了解蛋白质变性的可逆性以及可逆的条件，也可以深刻地认识到蛋白质结构对其功能的重要性。在“自组装折叠”的基础上，从动力学和热力学角度分析蛋白质折叠过程，并由此引入“蛋白质辅助折叠”理论，帮助学生全面认识蛋白质折叠中的影响因素。同时，以实际病例为代表说明蛋白质错误折叠的危害，并从疾病治疗的角度鼓励学生思考如何引导蛋白质的正确折叠以减少疾病发生的概率。从教学效果来看，简单的知识传授远不如实际案例的分享效果显著，学生更乐于结合实际现象进行深入思考和讨论；③蛋白质分离与纯化。在蛋白质研究中，获取必要的蛋白质对象，分离与纯化是关键。很多分离和纯化技术在日常生物学研究中都十分常见也运用广泛，因此笔者认为这是本课程中最有实际应用价值的知识，也希望学生能及时掌握并学以致用。那么如何实现蛋白质的分离纯化？这与蛋白质本身的理化性质息息相关，而理化性质又与蛋白质的组成密切联系。在蛋白质分离纯化原则说明过程中，笔者通过回顾蛋白质结构的特点，启发学生认识到蛋白质独有的理化性质及其分离纯化的基础。随后，从分子量、溶解度、电离性质和亲和力等不同方面介绍常用的蛋白质分离纯化的方法。其中，详细介绍了蛋白质分子生物学研究中最为常用的技术――双向电泳技术，使学生从原理、过程以及应用范围等多角度认识和掌握该技术。同时，要求学生通过理解而掌握凝胶过滤和凝胶电泳中所采用的分子筛效应的区别。此外，蛋白质层析是蛋白质分离中的一个大的技术家族，包含了亲和层析、离子交换层析、凝胶过滤层析、疏水层析以及分配层析等多种类型，应用广泛而且技术发展成熟。因此，笔者在该部分课程的后期将蛋白质层析作为一个独立的知识单元向学生展示在实际操作中如何根据蛋白质的具体性质特点选择合适的层析技术进行分离纯化，使学生不仅掌握相关的理论知识，更要学会如何在研究工作中运用知识；④蛋白质检测。如何确认已经获取的蛋白质的种类呢？这一问题将课程引入到蛋白质的检测中。蛋白质的检测技术不仅是实验室基础研究的重要内容，也与人类生活息息相关。这样具有实际应用的内容更容易引起学生的兴趣。因此，通过引导学生思考生活中面临的不同蛋白质检测需求，逐步展开蛋白质检测技术的介绍。首先，介绍蛋白质检测中的通用技术，即针对所有蛋白质而不针对特定种类。以“三聚氰胺事件”为例引导学生思考，如何检测样本中的蛋白质含量，为什么会发生“三聚氰胺事件”？基于此探讨蛋白质鉴定的六大常规技术：凯式定氮法、双缩脲法、Folin-酚试剂法、紫外吸收法、考马斯亮蓝法和BCA法，并通过比较技术的各自特点使学生初步了解蛋白质检测中的技术选择标准。同时，结合蛋白质定量分析的实际需求，在常规技术介绍基础上，详细介绍了酶联免疫吸附分析法（ELISA）和Western-blotting技术。通过介绍技术的原理、步骤以及关键影响因素等让学生熟悉这两项重要技术，为今后的科研工作储备必要的知识。

2.蛋白质化学专题介绍。①蛋白质检测专题介绍。在上述知识理论体系介绍中，笔者尽力将生活实例与科学知识结合，但是基本知识本身仍旧过于理论，不容易引起学生的共鸣。因此，在知识体系构建的基础上，笔者特意增加了一个蛋白质检测专题介绍，以肿瘤标志物这种目前认知度较为广泛的蛋白质为代表，介绍蛋白质检测的重要性以及蛋白质检测的最新研究进展。笔者从医院所采用的检测技术入手，向学生揭示这些检测技术背后的原理以及各自的技术特点，让学生了解当今蛋白质检测技术的发展与应用。同时，结合最新的文献报道，在现有仪器分析的基础上，引入了电化学分析、SPR以及核酸扩增技术等知识介绍，让学生更深层次地认识到蛋白质分析的基础研究进展。除了生活中可以遇见的成熟商业化分析技术，各式各样的实验室蛋白质分析技术虽然还未能走进千家万户，但是它们代表了当今生化分析的潮流，也预示了蛋白质分析的发展趋势。这些理论与实际结合的专题介绍相对于刻板的知识讲解容易引起学生的共鸣和探讨的兴趣，因此教学效果也比较明显，学生表现了极大的兴趣和探索的欲望，会主动参与到课程内容的讨论中，进而加深了对知识的理解和记忆，达到了教学的目标；②学生课题介绍。之前曾提到上海大学的专业选修课鼓励小班教学，学生规模相对较小，因此比较便于师生之间的互动。笔者希望学生能从单纯的知识接受者角色中解脱出来，更为积极主动地参与到知识的讲授中来，通过自我学习推进知识的理解和掌握。结合本课程的特点，笔者选取了具有代表性的与蛋白质研究相关的诺贝尔奖研究作为课题，通过学生自学掌握研究的相关内容，并在课堂通过知识讲解与老师展开互动。相关课题包括：“发现抗体的化学结构”、“发现大脑分泌的肽类激素”、“发现限制性内切酶及其在分子遗传学方面的应用”、“发现调节免疫反应的细胞表面受体的遗传结构”、“发现生长因子”、“发现G蛋白及其在细胞中的信号转导作用”、“发现朊病毒―传染的一种新的生物学原理”以及“发现端粒和端粒酶如何保护染色体”等。在选择学生课题的过程中，把握几个关键的原则。首先，课题必须与蛋白质研究相关；其次，课题的研究与课程中教授过的知识有重叠；最后，课题能够揭示蛋白质结构与功能的紧密联系。通过这样的课题设置，可以让学生在自学的过程中再次温习已经学习过的知识，能够实现教学相长。笔者通过几年的课程实践发现，虽然面向的教学对象是本科生，他们大多没有实验室研究经验，但是其学习主动性较好，通过在网上进行资料搜索，大多数学书可以很好地完成任务，部分特别突出的学生可以将研究故事说得非常生动形象，激发了其他学生的兴趣。通过这些互动课题的设置，学生对蛋白质研究中涉及的相关知识又有了更好地梳理，对蛋白质研究工作有了更为深入的认识，为将来的研究方向选择奠定了基础。

三、小结

蛋白质及其相关研究已经成为当今生命科学研究的热门所在。在蛋白组学研究蒸蒸日上的今天，生物学专业学生具备一定量的蛋白质相关基础知识十分必要。因此，结合当前生命科学研究的发展趋势和蛋白质科学研究的热点重点，本文探讨了在高年级本科生中开展《蛋白质化学》教学工作的重要性和必要性。同时，结合笔者近几年来在《蛋白质化学》课程中的实际教学经验，本文从蛋白质化学基础理论体系设置以及蛋白质化学专题介绍两方面详细阐述了《蛋白质化学》这门专业选修课的课程体系设置方案，教学内容涉及蛋白质结构、蛋白质折叠、蛋白质分离纯化以及蛋白质检测鉴定等多方面。通过理论与实际相结合的教学方式，以诺贝尔奖相关研究介绍为契机，激发学生的学习兴趣，鼓励学生积极参与到课程的讨论中来，实现教学相长，使其能更好地掌握与蛋白质化学相关的理论知识，熟悉蛋白质研究中常用方法的技术要领，为今后开展蛋白质相关的研究工作储备充足的基础知识。

The Discussion and the Thinking of the Teaching System of“Protein Chemistry”for the College Students

ZHAO Jing，CAO Ya

（School of Life Sciences，Shanghai University，Shanghai 200444，China）

第6篇：生物信息学的研究进展范文

Calcineurin和心肌细胞肥大 张惠丽

生物医药的开发方向

肌浆网钙ATP酶及其调控蛋白与心力衰竭 鲁晓春，李小鹰

2000年全球生物医药公司专利申请情况

家族性肥厚型心肌病的分子遗传学研究进展 邹玉宝，宋雷，王继征

下期主题

扩张型心肌病 郑维越

KCNE基因家族的研究进展 林春霞，滕思勇，马丽娟

Angiopoietin-2在肿瘤发生发展过程中的作用及其临床应用价值 蔡明清

骨形态生成蛋白Ⅱ型受体基因与原发性肺动脉高压 陆立鹤

人Calcineurin B基因克隆、表达和纯化 张惠丽，黄赞春，张宇，徐平，陈宇，惠汝太

在线人类孟德尔遗传数据库(OMIM) 甄一松，谢攀，史海波，欧国斌，潘月亮，张利

高血压致病与相关基因研究的策略和方法 鞠振宇，黄晓红

分枝DNA原位杂交--一项新的基因检测技术 马丽娜

动脉粥样硬化相关基因FWA1功能的cRNA原位杂交研究 陆立鹤，刘玉清，陈敬洲，惠汝太

激活心肌细胞Ryanodine受体对ERK/MAPK/PKC 信号通路的作用 祝之明，杨永健，祝善俊，王海燕

细胞色素P450羟化酶代谢产物与高血压 李宏伟，汪道文

尾加压素Ⅱ对血管的复杂调节及其机制 耿彬，赵晶，唐朝枢

自体干细胞移植治疗心肌损伤 马军，史剑慧，葛均波

核因子-κB与心肌缺血再灌注损伤 高国栋，韩志岩，龙村

血管紧张素Ⅱ受体拮抗剂防治心力衰竭的研究进展 陈书中

核因子-κB与经皮腔内冠状动脉成形术后再狭窄 高静，赵炳让

过氧化物酶体增殖剂激活受体研究进展 金丰，李隆贵

脂蛋白脂酶与冠心病 李颖莉，赵炳让，秦勤

内源性甲基精氨酸的病理学意义 刘晓雷，崔华东，惠汝太

极低密度脂蛋白水平与冠心病的关系 耿婕，秦勤，赵炳让，王庆彤，李颖莉

细胞外氢离子浓度对HERG通道功能的影响 李俊，武欣星，周新，郑芳，李霞，刘芳

高血压患者红细胞ATP含量、红细胞膜ATP酶活性与钙、镁代谢的研究 田红燕，马爱群，沈泾锡，李军良

CRP和LPS致单核细胞NF-κB活化及IL-6合成的比较 李建军，陈学军，夏泠，王晶，李庚山

卡维地洛对心衰大鼠心肌细胞间粘附分子-1表达的影响 吴强，李隆贵，蔡运昌，杨天和，王晓峰，耿召华

食管心房调搏在室上速诊断中价值新探讨 李为东，付强，潘娥娟

冠心病患者血浆纤维蛋白原与血清脂蛋白(a)水平的关系 寇璐，秦勤，赵炳让

扩张型心肌病基因突变及基因治疗 赵春霞，黎明，汪道文

Ikr/HERG钾离子通道 马丽娟，滕思勇，惠汝太

基质金属蛋白酶与急性冠状动脉综合征的研究进展 秦勤，赵炳让

机械牵张致心肌细胞肥大的信号机制 田翔，马爱群

心肌细胞再生与细胞移植 任晓庆，浦介麟，王方正，张澍

蛋白与蛋白相互作用研究的生物信息学进展 谢攀，甄一松，张利，惠汝太

内皮细胞凋亡与动脉粥样硬化 孟丽，陈纪林

以低钙血症、阵发性抽搐为首发症状的心肌炎1例 连卫平，林琳，潘志红

逆转录聚合酶链反应追踪检测小鼠心肌中柯萨奇病毒B3的表达 郭诗东，荆志成，于丽冰

同型半胱氨酸代谢异常与冠心病的关系 秦勤，赵炳让，崔让庄，毛用敏，耿婕，屈大展，陈倩，寇璐

细胞变态相关基因的筛选 陈宇，吴小芳，费江枫，陈晖，费仁仁，薛社普

病毒性心肌炎细胞感染模型的建立及实验研究 刘玉清，李佳，张禅那，宋晓东，刘晓雷，惠汝太

血脂及载脂蛋白水平与冠心病严重程度的关系 路雅茹，秦勤，赵炳让

糜酶在心血管方面的研究进展 贾秀珍，刘晓雷

虚拟心脏:细胞水平的解决 甄一松，谢攀，庞博

"最后共同通路"假说与遗传性心血管疾病 黎明，赵春霞，汪道文

机械刺激与心肌细胞肥大 席雨涛，马爱群

红景天治疗心血管疾病研究进展 马玉华，刘晓雷

核纤层蛋白Lamins的结构、功能及相关疾病的研究 王虎，惠汝太

心肌病合作通报 惠汝太

动脉粥样硬化发生发展中的基因表达与调控 纪方，赵鹏，李成乾，纪祥瑞

组织因子与冠心病 冯津萍，赵炳让

分子搭桥术生成新血管治疗冠心病的展望 薛树仁

心房颤动发生机制研究进展 裴艳，陈义汉

扩张型心肌病的自身免疫发病机理 陶荣，廖玉华

心脏间质(下) 荆志成，韩志岩，徐希奇

心力衰竭 蔡明清

七跨膜域受体和心脏功能 徐平

SNP与遗传流行病学的发展 李昭晖，孙莉

主动脉弓部手术中的脑保护 田良鑫，孙立忠

脑卒中急性期和非急性期降压治疗 张宇辉，刘国仗

甘油三酯脂酶家族中的新成员--内皮源性脂酶 胥学伟，李小鹰

原发性高血压基因治疗 马文君，刘国仗，党爱民

长QT综合征的分子生物学研究进展和现状 李为东，张奎俊

基因多态性与脑卒中关联研究 尚蔚，吴晓东

P27kip1在血管平滑肌细胞中的研究进展 韩小宁，董果雄

阻塞性睡眠呼吸暂停与高血压的研究进展 陈改玲，党爱民，刘国仗，惠汝太

鱼精蛋白在心肌再灌注期低血压效应及其机理 崔彬，马捷，李新华，陈建忠

心肌细胞凋亡与缺血/再灌注损伤 高国栋，龙村

病毒性心肌炎心肌细胞凋亡机制研究 王仑，宋晓东，刘玉清

药物涂层支架在冠心病治疗中的应用 陈珏

CaMKIIδC在心肌肥厚中被激活并诱导扩张型心肌病及心衰 王晓建

遗传,环境和心血管疾病 汪一波，惠汝太

基因组信息学--现状和前景 谌琛

高密度脂蛋白(HDL)和甘油三酯作为治疗的靶点 张震，惠汝太

肥厚性心肌病的研究进展 王萍

完整的人工心脏 刘艳芬

瘦素(leptin)诱导新生大鼠心室肌细胞的肥厚 张震，惠汝太

人类基因组序列的变异与寻找脑卒中相关基因的工作 张陆

右心室间隔部起搏的安全性及可行性研究 郭诗东，华伟，吴国梅

ACE基因I/D多态性与高原动脉弹性相关研究 胡全忠，孙宁玲

国人血浆总同型半胱氨酸水平与冠心病关联 张春玲，鞠振宇，孙静，刘晓宁，高润林，陈纪林，杨跃进，惠汝太

应用G-CSF动员骨髓干细胞治疗急性心肌梗塞的研究 徐新，马绍椿，罗东云，唐良秋，林拓，张昌瑞

间隙连接通道蛋白不均一降解对心肌传导速度影响的研究 闫纯英，林吉进，李玉光，曾欣

基质金属蛋白酶在急性心肌梗塞中的表达研究 吴旻，李玉光，张欣，张钰，闫纯英，张元春

苦参的药理活性及临床应用 刘玉清，宋晓东，惠汝太

女性心力衰竭特点 叶绍东，李琳，王国干

PPARs在心肌代谢性重塑中的作用 杨晓敏，吴海英

体外循环中低温对脑电参数的影响 刘荣国，李立环

科技创新是推动医院发展的源动力 张雪燕，惠汝太

评估肥厚型心肌病的危险因素 赵超

基因组医学:疾病生物学的基因组探针 林春霞

调控性SNPs Thoms，J.Hudson.Nature，Genetics，张伟丽

糖尿病与冠心病人QT间期及离散度变化的相关性研究 李绍生，刘澎涛，李兰荪，杨杰

白细胞介素-6单克隆抗体的制备、鉴定及其初步应用 张惠丽，于晖，张春玲，张宇，黄赞春，明佳

倍他乐克治疗充血性心力衰竭的临床疗效观察 吴连岭，王士强，周维光，李营

柯萨奇病毒B3感染培养大鼠心室肌细胞L-型钙通道mRNA表达的变化 黄淑君，田苗，廖玉华

同种带瓣管道的研究和应用进展 陈庆良，刘迎龙

低密度脂蛋白受体相关蛋白与动脉粥样硬化的关系 李颖莉，赵炳让，秦勤

骨髓是各种组织器官再生修复的共同干细胞库 任晓庆，浦介麟，张澍，王方正

细胞凋亡在心血管系统疾病中的作用 张陆，黄晓红

GNB3基因C825T多态性与心血管疾病 孙爱军，王克强，葛均波

球囊引导床旁心脏起搏治疗缓慢型心律失常的临床疗效观察 吴连岭，李营，张晓文

钙离子进入血管平滑肌的Ⅰ型钠/钙交换系统(NCXI)引发盐敏感高血压 郑翼

低分子肝素钙治疗急性冠脉综合征的临床应用 吕键

利用SSH技术分析益气养阴法调控病毒性心肌炎细胞信号转导的作用机制 曹洪欣，张明雪

血管内皮祖细胞研究进展 李崇剑，高润霖

易损斑块的分子病理学研究进展 郭远林，张伟，陈纪林

高血压糖尿病的肾损害 油红文，刘国仗

病毒性心肌炎有效单体药物研究进展 辛颖，宋晓东，刘玉清，刘小雷，惠汝太

ACEI在充血性心力衰竭治疗中的研究进展 傅春燕，周宪梁

ACE2的特性及其与心血管疾病的关系 林清，晋学庆，吴可贵

与动脉粥样硬化密切相关的清道夫受体 王娟，司书毅，洪斌

成肌细胞表达异源心钠素基因的研究 朱记法，卢永昕，李锋，田俊，王玉

第18届ISHR学术会议短讯 陈曦

洛汀新和倍他乐克联合治疗慢性充血性心力衰竭疗效观察 盛宇峰

冠脉内支架植入术及联合抗凝治疗急性心肌梗死的临床研究 陈宝霞

环氧化酶-2,促进了动脉粥样硬化或仅是一个旁观者? 李昭晖，惠汝太

可溶性CD40L(sCD40L)可作为预测急性冠脉综合症危险性的一项新指标 晶美

缝隙连接与心肌损伤 陈灼焰，吴黎明

新"油田"的发现--关注基因的3'端 张陆

感染与动脉粥样硬化和冠心病的病因研究 李崇剑，徐耕，傅国胜

ABCA1基因转录调节与胆固醇代谢及动脉粥样硬化的关系 刘胜林，郭志刚，刘凌，李欣

第7篇：生物信息学的研究进展范文

心音的非线性时间序列分析董筠楼正国(6)

麻醉期心率变异性的分形特性分析刘晓芳叶志前刘群芳(10)

全血胆固醇生物传感器廖静敏胡贵权李光(14)

灌流肾脏的生理功能动态变化殷胜勇葛霁光郭淼(18)

灌流过程中胞内Ca^2＋动态变化研究郭淼葛霁光(22)

物质经角质层转运的唯象分析包家立葛霁光王红(26)

基于模型的乳腺X线图像胸肌分割算法研究徐伟栋严勇夏顺仁(29)

5公斤以下婴儿先天性心脏病体外循环的探讨胡建玲杨秀月林茹朱雄凯舒强(43)

人工晶状体调制传递函数研究金成鹏刘晓玲王小娟陶育华周传清(36)

国产久灵全热解碳双叶瓣膜跨瓣压差的研究徐嗣卫陈如坤陈芳董爱强(39)

检验医学

浙江省350所医院检验科出、凝血检测概况和存在问题及对策张伟民王伯昌(47)

测定肾小球滤过率的灵敏指标：ChstatinC李清华(49)

综述

血清胆红素浓度与冠心病关系的研究进展陈清江施步程程心培(53)

对确定我国电磁场暴露限值依据的探讨许正平姜槐(56)

讲座

遥测心电图和电话心电图的临床医学与工程 应用

浙江省卫生信息化建设简介葛忠良(3)

韩国推行PACS系统的现状与经验KimJongHyo(7)

北京大学人民医院网络系统管理整体解决方案研究何雨生(8)

信息整合与信息孤岛姚志洪(10)

福州总医院数字化建设的经验与体会陈金雄刘雄飞王庆森(14)

马来西亚医院信息化介绍及数据仓库黄来恩BrianBong(18)

远程医学的发展应用和展望蒋金根(24)

数字化医院建设中信息交换的标准问题徐庐生(32)

PACS的科学评估宋健宁(37)

PACS及支撑硬件评估叶志前(42)

数字化放射科成本／效益分析——三年数字化运行和管理结果缪竞陶(48)

PACS项目评估标准敬晏郝富德(51)

医学信息学—本体与解决问题方法—知识整合论包含飞(56)

医学图像分析罗永刚宋余庆(62)

临床实验室信息系统的研究与开发杨大千徐根云朱阳军(70)

医院综合网络系统的设计与实现周庆利(74)

PACS建设的应用体会林海涛(78)

我院RIS／PACS系统建设体会王晋宏陈再智(79)

数字化医院中的PACS系统定位鲍旭东董明(81)

杭州市SARS疫情监测报告与控制指挥系统的研发唐建华项海青孙炜陈卫永(87)

厂商论文及介绍

PACS构成与应用(90)

PACS就绪网络先行(96)

数据安全（备份）重要性(101)

数字化医院存储子系统的建设(102)

PACS建设中的存储技术(106)

医学与工程 MRO软件公司(110)

美国StorageTek公司(111)

中程科技医疗信息系统产品简介(112)

仪器用多微处理器系统信息交换机制的设计与实现刘峰吴越等(3)

基于COTS的分布式仪用监控系统刘峰葛霁光(7)

心电监护分析软件设计徐旋唐斌等(11)

一个生物医学信号的无损压缩算法杨胜天童勤业(16)

离体肾脏灌流液成分研究殷胜勇葛霁光等(19)

线粒体Ca^2＋超载在离体肾脏保存中的作用机制研究郭淼葛霁光等(23)

心率变异性慢性实验研究徐征葛霁光(26)

麻醉期心率变异性的复杂度分析刘晓芳周海燕等(29)

FCM算法在脑肿瘤MRI图像分割中的应用刘建武叶志前等(33)

化合物构效关系的模糊极小极大神经网络识别研究李永武叶志前等(36)

胰岛素磁性微囊体外释放规律的研究吴阿富沈继峰(40)

中枢组胺对学习记忆的作用黄育文余建等(44)

血管内皮生长因子（VEGF）治疗冠心病的现状陆传新赵峰(47)

调脂治疗对冠心病的疗效与意义黄元伟(52)

永久性心脏起搏引起上腔静脉综合征的发病原因及治疗进展周建光黄亚莉等(55)

高压氧治疗作用下机体的氧化适应周建光刘长云等(58)

新生儿机械通过的技术探讨沈云明沈云明(60)

定量药理学的剂量级序和片剂含量改革石之琳(62)HttP://

多参数医疗仪器仲裁器设计吴越刘谋用等(3)

CT检查的窗宽窗位设置田培林(6)

常温电化学式氧传感器的研究叶学松沈义民(11)

医用生化仪器串口通讯系统的设计陈如汉马炜斌等(14)

γ干扰素基因修饰疫苗的抗肿瘤作用刘祥麟胡伟恩等(17)

胃癌微血管密度与增殖细胞核抗原的相关性研究王晓熙王英等(21)

辛伐他汀与脂必妥对老年人高脂血症的疗效比较黄亚莉王毛山等(24)

基因组生物信息学与中国的发展战略包这立医学与工程 葛霁光(28)

人工血管基因工程改造研究的进展郑毅雄陈力(33)

基因芯片在感染性疾病中的应用朱海红(38)

基因芯片在肿瘤研究中的应用许沈华(40)

磁共振脑功能成像的临床应用邹煜(43)

脑磁图的研究动态何文焱徐磊等(47)

多普勒组织声像图的新进展郑哲岚(49)

ECG—6511心电图机走纸电路与检修程序付欹(52)

医院检验科质量考核分析与整改张伟民(54)

计数资料的2×C表线性回归及其显著性检验张国祥成军(56)

嗜血杆菌对15种常用抗生素药敏结果分析程刚沈良明等(60)

柱凝集技术在交叉配血试验中的比较李育(62)

糖试剂盒在自动生化分析仪上使用比较胡守岳庄起骏等(64)

传染性海绵状脑病忻亚娟毛子安(3)

操作系统研制中虚拟硬件的实现刘谋用葛霁光(6)

经皮给药电穿孔技术的研究包家立胡巧红(11)

MEFV曲线形态参数测定曾碧新陈式苏(15)

37例前列腺癌的超声诊断效果分析戴元颖(17)

化合物致癌模糊极小极大神经网络识别研究李永武陆金芳(19)

冷冻治疗探杆的高真空绝热毛欣欣章忠敏(22)

NSJ—1尿失禁治疗仪研制王越黄钢妹(25)

兔子呼吸急促后呼吸肌电信号变异特征的小波变换分析沈宏龙胜春(28)

经皮神经电刺激研究王永国庄传健(31)

根据分子遗传学发病机制治疗QT延长综合征（附一例报告）林晓耘蒋逸风(33)

麻醉机潮气量补偿原理分析及对婴儿手术的影响郑黄煌(36)

设备综合管理信息系统的研究与开发王燮臣祁建伟(38)

医学与工程 CT应用质量管理和质量控制吴伯卿(41)

医学数字图像及其通信的标准祁建伟(44)

医院信息管理系统开发模式虞峥嵘(47)

医院的医疗卫生计量管理罗安东(49)

双极起搏钢丝的临床应用前景程心培蒋逸风(51)

血糖自我监测与实用血糖计顾维正(52)

宽谱双能X线数字减影技术应磊胡红杰(55)

药物电穿孔与离子导入疗法徐昕洪修鄂(58)

第8篇：生物信息学的研究进展范文

【摘要】 【目的】克隆阳春砂萜类生物合成途径的上游关键酶——1去氧d木酮糖5磷酸还原异构酶(1deoxydxylulose5phosphate reductoisomerase, dxr)(ec:111267)的编码基因;分析基因的功能及其在阳春砂不同组织中的表达。【方法】通过基于逆转录—聚合酶链反应(rtpcr)的方法从阳春砂叶片中获得编码dxr的cdna全长序列,克隆基因编码区;用生物信息学的方法对其编码蛋白进行相似性检索和功能分析;用半定量rtpcr法比较基因在阳春砂不同组织中的表达差异。【结果】获得了全长1 749 bp的编码阳春砂dxr的cdna序列,命名为avdxr1(genbank登记号：fj459894)。avdxr1编码的蛋白与其他植物来源的dxr有很高相似性,含有烟酰胺腺嘌呤二核苷酸磷酸(nadph)结合基序和dxr活性位点基序,n端有叶绿体靶向转运肽。保守功能结构域的分析结果表明avdxr1属于1去氧d木酮糖5磷酸还原酶家族。avdxr1在包括茎、根、果皮和种子团的广泛组织中表达,且在这些组织中的表达量均高于在叶片中的表达。WwW.lw881.com【结论】avdxr1基因是阳春砂dxr的编码基因,该基因在阳春砂的叶、茎、根、果皮和种子团中广泛表达。

【关键词】 阳春砂/生长和发育;萜类化合物;基因克隆;基因表达

砂仁化湿行气的主要药效物质为挥发油,其主要成分为萜类化合物[1-3]。紫杉醇、青蒿素等药效确切的萜类化合物的研究及其临床应用使萜类化合物成为药用植物次生代谢研究领域的热点之一,随着分子生物学的发展,萜类化合物生物合成途径相关酶类的编码基因也不断被克隆和研究[4-6]。

植物萜类化合物生物合成的上游途径已基本清楚,甲羟戊酸途径(mevalonate pathway,简称mva途径)和丙酮酸/磷酸甘油醛途径(pyruvate/glyceraldehyde3phosphate pathway,简称dxp途径)是萜类化合物生物合成的2条途径,mva途径在细胞质中进行,而dxp途径发生在质体中[7-10]。1去氧d木酮糖5磷酸还原异构酶(1deoxydxylulose5phosphate reductoisomerase, dxr)(ec:111267)是dxp途径的关键酶[10]。dxr基因已经从薄荷mentha x piperita[11]、玉米zea mays[12]、银杏ginkgo biloba[13]、喜树camptotheca acuminata[14]和丹参salvia miltiorrhiza[15]等植物中克隆得到。为了保护阳春砂的基因资源,进一步探明阳春砂药效物质萜类成分生物合成的调控机制,本研究采用简并引物逆转录—聚合酶链反应(rtpcr)结合cdna末端快速扩增(race)的方法,从阳春砂叶片中克隆编码dxr的基因,通过生物信息学分析鉴定所获基因,采用半定量rtpcr法分析基因在不同组织中的表达差异,现将结果报道如下。

1材料与方法

11植物材料用于基因克隆的阳春砂引种自广东阳春市砂仁试验示范场,栽种于广州中医药大学大学城校区药王山。用于基因表达分析的阳春砂幼苗培养方法：取阳春砂种子用细砂搓去假种皮,浸种24 h后播种于盛有营养土与粗砂(比例为3∶1)为基质的育苗盆中室温光照培养,待幼苗长出2～4片真叶后间苗,每盆(直径12 cm)留取生长一致的苗2～3株,待苗龄约6个月(长出7～9片真叶)时取第1位完全展开叶、茎和根用于基因表达分析。阳春砂成熟果实取自阳春春湾,液氮速冻后-70℃保存备用。

2010年第27卷广州中医药大学学报杨锦芬，等.阳春砂1去氧d木酮糖5磷酸还原异构酶基因的克隆及表达分析第5期12主要试剂植物rna提取试剂盒(北京普利莱基因技术公司)，primescript rtpcr kit、1st strand cdna synthesis kit、ex taq dna聚合酶、la taq dna聚合酶、克隆载体pmd18t(宝生物工程大连有限公司)，柱式植物rnaout试剂盒(北京天泽基因公司)，克隆载体pgemt(美国promega公司)，smart race kit(美国clontech公司)，大肠杆菌ecoli菌株dh5α(本实验室保存)，taq dna聚合酶、dna回收试剂盒(北京赛百盛生物工程公司)。引物由上海生工生物工程公司合成，测序由上海生工生物工程公司和上海英潍捷基(invitrogen)公司完成。

13目的基因核心片段的扩增

131简并引物设计在genbank上检索来源于单子叶植物的dxr序列,获得水稻、玉米、大麦和油棕的dxr序列(登记号分别为af367205、aj297566、aj583446和ay583784)。采用omiga 20软件对上述序列进行比对,根据其高度同源区域设计2对用于嵌套pcr的简并引物ad1、ad3和ad2、ad4,引物序列见表1。

132总rna的提取取01 g新鲜叶片,用植物rna提取试剂盒,参照说明书的方法提取总rna。用10 g/l琼脂糖凝胶电泳检查rna的完整性,用dna/rna calculator(biorad)测定d260与d280,确定总rna的浓度与纯度。

133rtpcr方法取总rna 2 μg,采用prime script rtpcr kit,参照说明书的方法,以oligo(dt)为引物进行反转录。下一步以反转录产物为模板,以ad1、ad3为引物进行1stpcr。反应体系(20 μl)：5 u/μl ex taq酶 01 μl、10倍pcr buffer 2 μl、10 mmol/l 脱氧核苷酸三磷酸(dntp)2 μl、10 μmol/l上游引物 075 μl、10 μmol/l下游引物075 μl、反转录产物 15 μl、灭菌超纯水13 μl。pcr反应程序：94℃变性3 min;94℃变性05 min,57℃退火05 min,72℃延伸1 min,37个循环;72℃延伸5 min。以引物ad2、ad4进行2nd pcr,模板取1st pcr产物1 μl,退火温度为53℃,其他与1st pcr相同。pcr产物以10 g/l琼脂糖凝胶电泳检测,确认特异条带后,按比例扩大体积至100 μl进行pcr。用dna回收试剂盒,参照说明书的方法回收pcr产物,用相应的简并引物进行测序。

134核心片段的确认登陆ncbi.nlm.nih.gov/blast/,在genbank中用测序所获序列进行blastn(nucleotide blast)检索,检验所获片段与已知的其他植物dxr序列的相似性。

14目的基因cdna全长的获得和编码蛋白分析

141race引物的设计用于3race的反转录引物r3以及用于1st pcr和2nd pcr的下游引物r3p1、r3p2见表1。根据134项获得的核心片段序列和race试剂盒的引物设计要求,设计相应的3race上游引物ad31、ad32和5race下游引物ad51、ad52(见表1)。

1423race以总rna为模板、r3为引物进行反转录,再以r3p1、r3p2为下游引物,分别与目的基因的特异引物ad31、ad32配对,参照133项下的pcr反应体系及程序,调整相应的退火温度和延伸时间进行嵌套pcr。回收pcr目的片段,连接至pmd18t载体,热击法[16]转化e.coli dh5α,以pcr检测呈阳性的菌落用载体通用引物测序。

1435race采用smart race kit,参照说明书的方法进行反转录,再以试剂盒中的upm和nup为上游引物,分别与目的基因的特异引物ad51、ad52配对,进行嵌套pcr。回收pcr目的片段,克隆至pgemt载体,用载体通用引物测序。

144cdna全序列的拼接采用omiga 20软件,对3race和5race的测序结果进行分析,去除载体序列,用genbank的“blast 2 sequences”功能,将3、5端序列分别与134项获得的核心序列进行比对和拼接,获得cdna全长,再用omiga 20软件分析其开放阅读框架(orf),翻译成氨基酸序列。用genbank的blastp程序对所获氨基酸序列进行同源检索,初步确认获得的翻译蛋白是否为dxr的同源蛋白及其完整性。

145编码区的克隆根据获得的cdna全序列中编码区的两侧序列设计引物ado1和ado2(表1),以133 项获得的反转录产物为模板,用la taq酶进行pcr,扩增编码区全长。将目的片段克隆至pgemt载体,选2个以上阳性克隆测序。测序后发现编码区不完整,将测序获得的序列与拼接获得的cdna全长进行比对,发现3端有较大差异,根据差异序列设计引物ad33(表1),再次进行3race。用此次3race所获序列进行cdna全长的第2次拼接,据此设计克隆编码区的下游引物ado3(表1),与ado1配对,再次扩增编码区,克隆至pgemt载体,选2个以上阳性克隆测序,再次检验编码区的完整性。表1阳春砂avdxr1克隆所用引物

146基因编码蛋白分析及序列提交用dnastar 50软件分析目的基因编码蛋白的分子量、等电点等理化性质。登陆hc.ims.utokyo.ac.jp/ipsort/,进行亚细胞定位预测。利用genbank的blastp程序对氨基酸序列进行同源检索。用dnaman 50软件进行氨基酸序列的多重比对以及系统发育树的绘制。登陆ncbi.nlm.nih.gov/structure/cdd/cdd.shtml,利用保守功能域数据库(conserved domain database,cdd)进行蛋白保守功能域的在线预测[17]。登陆ncbi.nlm.nih.gov/bankit/,向genbank提交avdxr1的基因序列及其编码的氨基酸序列。

15基因表达分析

151rna提取叶片、根、茎的总rna提取按照132项下方法进行。果皮和种子团总rna的提取用柱式植物rnaout,参照说明书的方法进行。

152反转录采用1st strand cdna synthesis kit,参照说明书方法进行。

153半定量pcr根据芭蕉和三七的18s rrna基因序列(ef376005和d85171)的比对结果,设计引物18sf、18sr(表2),扩增半定量rtpcr体系的内参照18s rrna。设计引物adr1、adr2(表2),扩增目的基因片段(约450 bp)。以反转录产物为模板进行半定量pcr。反应体系(20 μl)：10倍pcr buffer 2 μl、dye(pcr染料)2 μl,10 mmol/l dntp 15 μl、10 μmol/l上游引物 05 μl、10 μmol/l下游引物 05 μl、5 u/μl taq dna聚合酶 02 μl,根据18s rrna的扩增结果调整相应模板的用量,灭菌超纯水补足体积。pcr反应程序：94℃变性2 min;94℃变性05 min,55℃退火05 min,72℃延伸1 min,29个循环(18s rrna)或32个循环(avdxr1)。每个反应取5 μl pcr产物以12 g/l的琼脂糖凝胶电泳比较产物亮度。每个反应重复3次以上。表2avdxr1半定量rtpcr所用引物

2结果

21rna提取结果从阳春砂嫩叶中提取总rna,电泳结果如图1所示,28 s和18 s rrna条带清晰,无dna污染,rna浓度约为1 μg/μl。

amomum villosum leaves22avdxr1核心片段的扩增及3race、5race结果如图2所示,1st pcr和2nd pcr的结果均获得约450 bp的目的片段。2nd pcr回收产物的测序结果获得444 bp的序列,blastn结果显示该序列与其他植物来源的dxr序列有较高相似性(81%～86%)。

通过3race获得约700 bp的片段(图3-a)。测序得到以polya结尾的710 bp的序列,blastn结果显示该序列与其他植物来源的dxr序列3端有较高相似性(69%～78%)。

通过5race获得约800 bp的片段(图3-b)。测序得到822 bp的序列,blastn结果显示该序列与其他植物来源的dxr序列5’端有较高相似性(74%～80%)。

23avdxr1全长cdna的拼接及其编码区的克隆将克隆获得的5端822 bp、核心片段444 bp与3端710 bp的序列进行拼接,获得了1 722 bp的序列,命名为avdxr1722,该序列包含1 419 bp的orf。扩增编码区(图3-c),测序获得1 444 bp的序列,命名为ado1444。ado1444的最大orf全长仅1 221 bp,推测ado1444的编码区未完整。将ado1444与avdxr1722进行比对,结果显示两者的序列差异主要在3端。根据3端差异序列设计引物ad33,再次扩增avdxr基因的3端(图4-a),测序得到以polya结尾的581 bp的序列,命名为avdxr3581。

将5端序列(822 bp)、ado1444与avdxr3581进行拼接,获得1 749 bp的序列,命名为avdxr11749。对avdxr11749的编码区进行扩增(图4-b),测序获得1 452 bp的插入序列,最大orf的分析结果表明该序列包含了完整的1 416 bp的orf。将此序列与avdxr11749进行比对,两者的重合序列完全一致,验证了第2次拼接获得的cdna序列的正确性。

avdxr11749包含5端167 bp的非编码区、1 416 bp的orf和3’端166 bp的非编码区,最后以polya结尾,编码472个氨基酸。avdxr1编码的蛋白分子量为5141 kd,等电点为644。avdxr1蛋白的亚细胞定位预测结果显示其n端有叶绿体转运肽。向genbank提交阳春砂avdxr1序列及其编码的氨基酸序列,获得序列登记号fj459894。

24avdxr1与其他植物dxr蛋白的同源性及系统进化关系blastp检索结果表明,阳春砂avdxr1与来源于其他植物的dxr蛋白有较高同源性。表3列出了avdxr1与其他11个植物dxr蛋白的比对结果,序列相似性达到85%～91%,序列长度也相近。表3avdxr1与其他11个植物dxr蛋白相似性比较

table 3alignments of amino sequence of avdxr1 with dxrs from other 11 plant species

dxr来源科属登记号序列长度/aa序列相似性/%玉米z.mays禾本科,玉米属acg3301247291水稻o.sativa禾本科,稻属bab7860647392近琴巴豆c.stellatopilosus大戟科,巴豆属abo3817746789大麦h.vulgare禾本科,大麦属cae4743848488橡胶树h.brasiliensis大戟科,橡胶树属abd9270247189番茄s.lycopersicum茄科,番茄属aak9606347589胡黄连p.kurrooa玄参科,胡黄连属abc7456647587烟草n.tabacum茄科,烟草属abh0896447389葛藤p.montana豆科,葛属aaq8416846584红豆杉t.media红豆杉科,红豆杉属aau8783647787银杏g.biloba银杏科,银杏属aar9570047785

avdxr1与其他11个植物dxr的系统进化关系分析结果如图5所示,12种dxr的分子进化关系与其来源植物的亲缘关系基本一致,avdxr1与同为单子叶植物来源的玉米、大麦、水稻的dxr有更近的亲缘关系。

avdxr1与3个单子叶植物玉米、大麦和水稻的dxr多重比对结果(图6，彩图见第558页)显示,它们在第46位氨基酸以后的区域均有较高的连续相似性,在它们的n端含有2个高度保守的烟酰胺腺嘌呤二核苷酸磷酸(nadph)结合基序,中部含有2个dxr活性位点基序。

25avdxr1功能预测cdd是genbank数据库的一部分,通过cdd搜索便可以利用该数据库对目的蛋白进行保守功能域的扫描,从而进行蛋白质功能的预测和家族聚类[17]。用avdxr1的序列进行cdd搜索,结果显示avdxr1蛋白具有prk05447(1deoxydxylulose5phosphate reductoisome rase)功能域,属于1去氧d木酮糖5磷酸还原异构酶超级家族(pfam02670：dxp_reductoisom superfamily),带有dxr家族典型的c端功能结构域(pfam08436∶dxp_ redisom_c superfamily)。

26avdxr1半定量rtpcr结果如图7所示,根据半定量rtpcr的结果,avdxr1在茎、根、果皮和种子团中的表达量高于在叶片中的表达量。

3讨论

dxr是萜类生物合成2条途径之一——dxp途径的关键酶。它由nadph提供还原力,将1去氧d木酮糖5磷酸还原异构酶(1deoxydxylulose5phosphate,dxp)转化为2甲基赤藓醇4磷酸(2cmethylderythritol4phosphate,mep)[18]。由于dxp也可用于硫胺和吡哆醇的生物合成,mep才是萜类合成的重要前体,因此,此步反应是萜类生物合成dxp途径的“碳流”分支点,也是重要的调控靶点[4]。过量表达dxr的转基因薄荷挥发油含量比野生型提高了50%[19]。在烟草中过量表达来源于蓝藻(synechosystis pcc6803)的dxr基因,提高了多种萜类物质的含量[20]。dxr基因在通过基因工程调控萜类合成方面有良好的应用前景。本研究应用简并引物rtpcr与race结合的方法,首次从阳春砂叶片中克隆了avdxr1基因,获得全长1 749 bp 的cdna全序列及其编码的包含472个氨基酸的蛋白质序列。

对黄花蒿、玉米等6种植物的dxr分子结构分析表明,不同植物dxr的功能域有着几乎一致的氨基酸组成,具有dxr活性所必须的典型的多肽位点[21],提示来源于不同植物的dxr功能域具有较高的保守性。本研究通过cdd搜索,对克隆获得的阳春砂avdxr1基因的编码蛋白进行了功能预测,结果表明,avdxr1属于1去氧d木酮糖5磷酸还原异构酶(dxr)家族。avdxr1蛋白n端含有的2个nadph结合基序和中部的2个dxr活性位点基序与前人对植物dxr的分子结构分析一致[18]。从多种植物中克隆的dxr基因编码蛋白均具有质体转运肽[11-14],对avdxr1蛋白的亚细胞定位预测结果显示,在其n端也有叶绿体转运肽,据此判断该基因编码的成熟蛋白定位于质体,在质体行使催化功能,这与dxp合成途径的细胞定位是一致的。通过基于以上生物信息学的分析,初步证明了克隆获得的avdxr1是阳春砂萜类生物合成途径1去氧d木酮糖5磷酸还原异构酶的编码基因。

喜树cadxr在茎部的表达量高于叶片与根部的表达量[14]。gbdxr在银杏的多种组织,包括根、茎、叶、果皮和种子中表达,其中在叶片中表达量较低[13]。avdxr1在阳春砂不同组织中的表达分析表明,avdxr1在包括茎、根、果皮和种子团的广泛组织中表达,且在这些组织中的表达量均高于在叶片中的表达。由于果实是阳春砂的重要药用部位,avdxr1在果实中的表达对于阳春砂萜类生物合成的原位调控具有重要意义。

本研究克隆获得了阳春砂avdxr1基因,为进一步分析该基因在萜类生物合成途径中的功能打下基础,为将其应用于萜类药效成分生物合成的基因工程调控提供了依据。

(致谢：广州中医药大学中药资源科学与工程研究中心刘艳、黄琼林、宁鑫、吴睿等研究生参与了植物培养、果实取样的工作,广东阳春市砂仁试验示范场苏景场长提供了阳春砂种苗,特此致谢!)

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第9篇：生物信息学的研究进展范文

药物承担着防治疾病、提高人们健康水平的作用,同时,医药产业也已成为社会经济建设不可或缺的部分。传统药物的发现主要集中于单一靶点的高特异性抑制剂。然而,通过大规模功能基因组研究证实,只有不到10%的单基因敲除具有治疗价值[1],而且,单一分子靶点的高特异性药物对复杂疾病通常难以获得良效,传统新药研发遵循的“单基因-单靶点-单疾病”的线性模式遇到巨大瓶颈及严峻挑战。资料显示,美国食品药品管理局(fda)2010年仅有21种新药通过评审,欧洲药品管理局(ema)也仅批准了14个新药[2]。新药在ⅱ期和ⅲ期临床试验中因缺乏有效性和出现非预期的毒性所导致的新药失败率高达30%[3],使整个制药业在持续繁荣后陷入困境。中医药在诊断上注重整体的和功能的动态变化,治疗上强调辨证论治,通过中药等在整体水平上的调节,治疗局部性病变和恢复整体功能平衡,获得治疗效果[4]。因此,药物的研发和机制研究亟需借鉴中医药的诊疗思路,从整体出发,“多基因-多靶点-复杂疾病”模式着眼,寻求新的研究途径。1 网络药理学的概念

随着组学技术的发展完善,系统生物学[5]及多向药理学[6]已广泛应用于多种疾病及药理、毒理等研究。2007年,hopkins[7-8]率先提出并系统地阐述了网络药理学(network pharmacology)的概念,网络药理学是基于系统生物学的理论,对生物系统的网络分析,选取特定信号节点进行多靶点药物本文由收集整理分基金项目：国家自然科学基金面上项目(81073134)；国家中医药管理局重点学科项目(国中医药〔2012〕62号)；上海市教委重点学科项目(j50301)；上海市科委项目(12401900401)通讯作者：苏式兵,e-mail：shibingsu07@163.com子设计的新学科,是建立在高通量组学数据分析、计算机虚拟计算及网络数据库检索基础上的生物信息网络构建及网络拓扑结构分析策略和技术基础上的科学思想和研究策略。与传统药理学的最大区别在于,网络药理学是从系统生物学和生物网络平衡的角度阐释疾病的发生发展过程、从改善或恢复生物网络平衡的整体观角度认识药物与机体的相互作用并指导新药发现,强调对信号通路的多途径调节,提高药物的治疗效果,降低毒副作用[9]。

多数情况下,疾病发生的分子机制是细胞内调控网络的异常所致,复杂性疾病是由多基因、多功能蛋白相互作用紊乱而形成的疾病网络[10]。新药研发的策略应是发现如何干预疾病的病理网络,需要对多种基因及其调节蛋白的干扰才能影响疾病网络[11]。研究发现,在肿瘤、精神疾病和抗感染等治疗过程中,具有多靶点药理作用的药物比单靶点药物具有更好的疗效[12]。2 网络药理学的研究思路

目前,网络药理学的研究思路通常可分为两类：一是根据公共数据库和公开发表的已有数据,建立特定药物作用机制网络预测模型,预测药物作用靶点,并从生物网络平衡的角度解析药物作用机制。如gu j等[13]运用虚拟筛选和网络预测技术对大黄二蒽酮a、大黄二蒽酮c、番泻苷c等几种从未报道过具有抗2型糖尿病作用的成分进行预测并获得成功,yan j等[14]也成功利用该技术对麻黄汤新药理作用进行了预测。二是利用各种组学技术以及高内涵和高通量技术,采用生物信息学的手段分析和构建药物-靶点-疾病网络,建立预测模型,进而解析所研究药物的网络药理学机制。如运用网络靶标预测中药方剂六味地黄丸适于治疗的疾病和机制[15],以及对复方丹参方的网络药理学研究[16]。3 网络药理学的研究技术3.1 数据的获取和验证

网络药理学研究中与实验相关的环节有两个[17]：一是基于实验结果构建网络所需基本数据的获取,二是对所建立的网络预测模型进行实验验证,这两个环节涉及的技术均应具有高通量、可定量、灵敏、快速、简便、可靠地获取大量数据的特点。目前,网络药理学研究所涉及的相关技术除了组学(基因组、蛋白质组、代谢组和元基因组等)技术外,主要包括高通量和高内涵技术、双高通量基因表达检测技术和分子相互作用技术。3.1.1 高通量/高内涵技术 该技术是指在保持细胞、组织或整体动物结构和功能完整性的前提下,一次性检测成百上千个处理且同时检测被筛样品对活细胞、组织或整体动物多个表型的作用,具有均质、多维表型检测、实时动态监测和可视化的特点。3.1.2 双高通量基因表达检测技术 该技术是指应用具有检测样品高通量、检测目标基因高通量的双高通量技术,具有对所需基础数据和网络模型进行验证的作用。fakhari等[18]在2002年提出的聚合酶链式反应(pcr)芯片技术,具有操作流程简单、定量结果无需后期验证、特异性强、灵敏度高及重复性好等特点。3.1.3 分子相互作用技术 该技术是指从网络药理学角度揭示药物作用原理,或对所构建的药物作用网络或预测模型进行验证,用来揭示药物分子与机体生物大分子之间的相互作用关系。主要包括3种技术：基于表面等离子共振的检测技术[19]、基于生物膜层干涉的检测技术[20]、纳米液相层析-质谱分析技术[21]。这3种技术均具有高通量、高精度、无标记且实时检测的特点。3.2 网络可视化技术

该技术是指应用可视化工具,将联系表反映成一张相互联系的可视网络的过程[22]。一般分为2个阶段：①丰富网络属性,通过增添网络本身、节点及连接的属性,使节点联系表扩展为包含丰富信息的网络；②网络描述,通过丰富的特征描

述手段,使网络表现更加直观。目前,大部分网络药理学研究中的可视化可以通过cytoscape[23]、guess[24]、pajek[25]等专业工具来实现。3.3 网络分析技术

该技术是指采用相应技术对构建得到的网络进行分析,从中提取出有用信息。主要分为3类：①网络拓扑学信息计算,可以得到网络本身的统计属性,反映网络中的隐藏信息[26]；②随机网络生成和比较,用来对现有网络进行可靠性验证[27]；③网络分层和聚类,简化网络复杂度的重要算法,也是寻找网络潜在信息的方法[28]。4 网络药理学在中药研究中的应用