生物信息学的重要性精选(九篇)

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第1篇：生物信息学的重要性范文

【关键词】离散数学 生物信息专业 本科教育

【中图分类号】O158 【文献标识码】A 【文章编号】2095-3089（2012）10-0243-01

1.引言

21世纪是“生命科学的世纪”，随着实验技术的突飞猛进，人类对生命现象的理解也越来越深入，国内各大实验室和科研机构正在进行大规模的湿实验，产生的实验数据量惊人，已经突破传统的实验科学研究的范围。从20世纪末，伴随着人类基因组计划的开展，许多计算机科学家，应用数学家，物理学家都参与系统处理和分析涌现的大量实验数据的研究中，并形成了一个新的交叉学科“生物信息学”。生物信息学在近二十年来得到快速的发展，在国内外知名院校的研究生教育中已经开展了生物信息学课程。近些年，国内各知名院校相继开设了生物信息学本科专业，专门培养生物信息学人才。然而在本科生物信息学课程规划和设计方面，各个学校都处在探索阶段，本文浅谈将离散数学作为生物信息专业基础课设立的必要性，课程设计和规划，及在教学中遇到的问题和体会等几个方面。

2.离散数学在生物信息学专业开展的必要性

生物信息学是生命科学、计算机科学和数学相交叉所形成的新学科，因而生物信息学的专业基础的课的设置比较复杂。 虽然这三个传统学科的基础课的设置可以作为生物信息学课程设置的参考，然而他们每个学科的知识量非常大，如何在本科阶段的基础课阶段精选出合理的课程体系，让生物信息学专业的学生在两年内掌握三个学科的基础知识，并能较好的与后续学习的专业课结合上是目前生物信息学本科教育的一个急需解决的问题。 生物信息学专业从无，到课程体系的基本构建完成大概经历十年左右的时间，具有相关专业的院校都进行了有益的探索，特别是在本科教育前两年基础课授课的内容已经基本完成。 哈尔滨医科大学生物信息科学和技术学院是国内首个开设生物信息学本科专业的学院，在过去近十年的本科教育中积累丰富的经验，并进行了多次教学讨论和改革。 随着计算机科学的快速发展，离散数学这个古老的学科又重新焕发了青春，并在现代数学中得到了快速的发展，它已经成为了计算机科学和数学两个学科教学的核心课程， 并成为了我院生物信息学专业的基础教学的一门重要课程。结合近些年，在生物信息专业教授离散数学的过程，深刻体会到离散数学在本科基础教学中开设的必要性。离散数学是指研究离散量的结构及其相互关系的综合学科。离散数学的重要性逐渐被人们认识，从理论计算机科学到计算机应用，从计算机的硬件和软件开发到人工智能和人工识别，无处不在体现着离散数学包含的思想和方法。而生物信息学研究中核心的工具是计算机，培养生物信息学专业学生利用计算机这个强大和有效的工具解决实际问题是基础课设过程中需要考虑的重要方面。离散数学因为在计算机科学中独特的地位，使得它已经成为生物信息学专业必不可少的一门基础课。

3.离散数学的课程规划和设计

由于生物信息学是一个多学科的交叉的专业，因而离散数学的课程规划和设计是不可能如计算机专业和数学专业那样分成几门课程：组合数学，图论，数理逻辑和运筹学等分别授课，这样会导致学生的学业负担过重，而且是难以实现的。因而需要根据学生认知规律，从数理逻辑，组合数学，图论和运筹学精简一部分和生物学信息学及计算机程序设计密切相关的内容进行讲授。讲授的时间一般应在本科阶段第三个学期。 此时，与数学相关的基础课高等数学，计算机科学相关的计算机理论基础、C语言，及生命科学相关的分子生物学等课程已经讲授完毕，离散数学的授课将可以和这些基础知识结合，促进对离散数组的分析研究的认识，并对后续的计算机程序设计课程的开展打下坚实的基础。

离散数学的课程设计的总学时一般为72学时，分为理论课和实验课两部分。理论课一般为56学时，计算机实验课为16学时。由于生物信息学是一门侧重应用型的专业，因而理论课和实验课，可以实现理论和实践的有效结合，把数学知识转化成解决问题的有效工具。由于离散数学中包含的内容较多，因而需要数理逻辑，组合数学，图论和运筹学的基础知识进行精简。基础课中，数理逻辑一般授课为8学时，重点讲授集合论知识；组合数学是授课的重点，课时数为24学时，重点讲授组合计数和排列组合的生成算法等基础知识；图论是侧重应用部分，授课学时数为12学时，授课重点为无向图和有向图的基本概念及最短道路和最小生成树的搜索算法的知识；运筹学方面的授课学时为12学时，授课重点为线性的最优化的理论知识。实验课是对学生学习理论知识的有效检验和升华，可以调动学生的学习积极性和热情，实验课共16学时，可分为4次，每次4学时。实验课内容可设为：排列组合生成算法，最短道路搜索算法，最小生成树的搜索算法和二次线性规划的搜索算法的实现，实验课顺利开展便于培养学生的动手能力和学习的自信心。

4.教学实践及体会

在讲授离散数学的过程中，深刻体会离散数学具有知识点多及交互性强的特点，因而在授课过程中不可能把每一个知识点讲细，面面俱到。教师授课应力求“讲思想，讲重点，讲方法，讲体会”，应该充分相信学生的自学能力和探索的潜力，着重培训学生的探索发现的能力，给学生一个足够大的思想空间，培训学生独立解决问题的能力。由于离散数学的发展目前处于活跃期，很多新的知识正不断补充进来，而且这些知识和现实中存在的问题能够结合，从而要求教师需要不断学习和进修，提高自己的数学修养，来引导学生更好的学习离散数学，为生物信息学相关的其他课程打下一个良好的基础。

参考文献：

第2篇：生物信息学的重要性范文

论文摘要：研讨式教学模式将研究与讨论贯穿于教学的全过程，有助于调动学生的积极性、加深对知识的理解、增进学习效果。通过确立授课目标、精心设计和组织授课内容、在实践中不断总结经验，在“生物信息学”的授课过程中对研讨式教学模式进行了探索和实践。

论文关键词：生物信息学；课堂研讨；案例分析

21世纪是生命科学的世纪，生物技术飞速发展，生物学数据大量积累。而生物信息学正是在这种大背景下蓬勃兴起的交叉型学科，旨在用信息学方法解决生物学问题。为了培养复合型人才，大力发展交叉学科，国防科技大学（以下简称“我校”）近年来面向全校理工科研究生开设了“生物信息学”选修课程。

“生物信息学”作为新兴的交叉学科，具有融合性、发展性和开放性的特点。融合性是指生物信息学涉及的生物、计算机、数学等多个学科的交叉与融合。从20世纪90年代到现在，该学科发展非常迅速，研究热点发生了数次改变。开放性是指该学科存在大量有待探索和研究的新问题。这些特点一方面为课堂教学提供了大量的主题和素材，一方面也对授课方式提出了较高的要求。经过认真分析，选定研讨式教学作为该课程的主要授课方式。研讨式教学即研究讨论式教学，是将研究与讨论贯穿于教学的全过程。在教师的具体指导下，充分发挥学生的主体作用，通过自我学习、自我教育、自我提高来获取知识和强化能力培养。通过确立教学目标，精心设计和组织教学内容，在实践中贯彻研讨式教学理念和方法，在生物信息学课程中对研讨式教学模式进行了理论探索和实践创新。

一、教学目标的确立

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和授课对象的实际情况。首先，教学对象是研究生，已具备一定的自主学习和创新思维的能力。教师不仅要传授知识，而且要讲解基本的研究方法，让学生具备独立思考问题、分析问题和解决问题的能力。其次，作为军校学生，以后从事的工作可能涉及很多学科方向，展现如何针对一门新的学科方向进行研究的整体思路显得很有意义。最后，考虑到学生不同的知识背景，对于各部分内容的理解程度不同，必须兼顾不同的专业方向，让每个学生都能有所收获。因此，确立教学目标为：介绍生物信息学的基本概念和方法，通过案例分析展现科学研究的基本方法和实践过程。

二、教学内容的设计和组织

1.教学内容的总体设计

确定了教学目标之后，需要对课程的教学内容进行总体设计。参考国内外多所高校的相关课程设置，如北京大学的“生物信息学导论”、中科大的“生物信息学”、中科院的“生物信息学与系统生物学”和MIT的“Bioinformatics and Proteomics”等，发现这些课程主要是针对生物专业的学生开设，侧重于方法学介绍。而我校学生大部分是工科背景，对于统计和机器学习方法有一定基础，重点是了解相关的生物学问题，并应用已有的工科知识去分析和解决这些问题。同时，随着生物信息学的快速发展，研究领域不断扩大，有必要展现该学科的最新进展。

因此，课程内容总体设计上以生物学问题为主线，结合最新的研究成果，对各种计算方法的应用过程进行深入和细致的讲解。在介绍生物信息学的研究现状和生物学基础知识之后，分多个专题详述生物信息学最新的研究进展，各专题在内容上相互衔接，由浅入深，以便学生理解和接受。以问题为导向的课程设计对于启发学生思考，积极参与课堂研讨具有重要作用。

进一步，为了突出部分重点专题及其分析方法，采用案例分析课的形式，针对一些重要问题进行深入探讨。鼓励学生应用所学知识，结合自身的专业背景，通过积极地思考和讨论提出相应的解决方案。案例选择为教师有一定研究基础的开放性问题，一方面介绍已有的研究成果，一方面结合教师的研究体会，通过积极讨论拓展新的研究思路。案例分析课有助于学生更多地参与课堂研讨，对于知识的综合应用和科学研究过程产生切身体会。

2.教学内容的组织

研讨式教学的关键是调动学生的积极性，鼓励学生踊跃地参与课堂讨论，提出自己的观点。通过集中备课，学习和吸取老教师的成功经验，总结调动学生积极性的基本要素，对授课内容进行了认真的组织和编排。

（1）重点突出，详略得当。由于生物信息学涵盖内容非常丰富，有必要对课程内容进行取舍，在保证知识面的基础上，突出授课的重点。减少或删除重要性较低的部分，采用图片和动画等形式对重要的知识点加以强调，以深化学生的理解。只有学生对重点内容理解透彻，才能激发出浓厚的学习兴趣，积极参与课堂研讨，碰撞出智慧的火花。

（2）新颖有趣，实例丰富。在课程内容上应充分体现知识性和趣味性，以丰富的实例展现生物信息学中基本的概念和方法。学生往往关注与日常生活休戚相关的内容，期望能用所学知识解释常见现象，因此实例选择应贴近生活体验。课件中准备了大量的实例，例如，在讲完构建进化树之后，举例说明为什么人类的祖先是从非洲走出来的；在生物代谢一章，通过卖火柴的小女孩的故事阐释生物代谢过程的高效性；在蛋白质结构部分，讨论为什么湿着头发睡觉，头发容易变翘。通过实例分析，增加学生对于所学知识的理解和参与课堂研讨的积极性。

（3）设置思考题，留出想象空间。针对重要的知识点，预先设置思考题，以启发和扩展学生思路。生物信息学作为一门新兴学科，存在大量没有确定结论的开放性问题，有待深入探究。例如“人类与小鼠的基因组差别很小，为什么形态上有那么大的差别”，“生物系统模拟中，是否越复杂的模型越好”。针对这些问题适时地开展课堂研讨，有助于激发学生的学习兴趣，开阔其视野。

三、研讨式教学的开展

在授课过程中，教师应努力营造活跃的课堂气氛，密切观察学生的动向，及时沟通存在的问题，选择合适的时机开展课堂研讨。不断地积累经验，使课堂讨论达到更好的效果。在开展课堂研讨时，尤其应注意以下几点：

1.因材施教

在“生物信息学”课程中，学生的专业背景不尽相同，少部分学生来自生物专业，其他大部分是工科背景，如自动化、计算机仿真和认知科学等。因此，在主题的选择和研讨环节的设计上，应充分考虑到学生的需求和背景知识，发掘大家共同的兴趣点。实践证明，不同的学科背景可以有效地促进交流，提供对于同一问题的不同视角。例如，生物专业的学生可以解释有关生物技术的问题，而仿真专业的学生对于系统的建模方法有深入的理解。有效的课堂讨论，能够促进各种思路的融合，碰撞出灵感的火花。

2.及时沟通

研讨式教学需要教师对授课整体情况有较好的把握。例如，有一章的内容是生物学基础，教师针对这部分内容进行了充分准备，包括大量的图片和动画，并穿插了很多科学家的故事。但授课效果不尽理想，到了预设问题的环节，只有一两个学生参与讨论，大部分学生都一脸茫然。通过及时沟通，发现了两个问题。一是背景知识不够，学生对于预设问题了解不多；二是重要性认识不足，学生认为生物学的基础知识与本课程的学习关系不大。考虑到学生的疑问，对授课内容进行及时调整，进一步强调所学知识对于生物信息学的意义，并通过具体实例激发学生的学习兴趣。在实例的启发下，学生开展了积极的讨论，加深了对于所学知识的认识。开展研讨式教学，应以学生为主体，及时地沟通发现课堂中存在的问题，并相应地调整授课内容。即使教师讲得天花乱坠，如果学生知其然，不知其所以然，也不可能达到好的授课效果。

3.审时度势

课堂研讨开展的时机很重要。例如，当讲到生物信息学概况时，学生反应不是很强烈。而当教师结合自身经验谈研究体会时，学生很有兴趣，表情变得活跃，适合开展课堂讨论。此时，可以组织学生交流学习目的、预期和存在的疑问，以便教师进行有针对性地授课。研讨式教学一方面强调学生的主体地位，一方面要求教师发挥主导作用，密切注意学生动向，发现学生的兴趣点，引导讨论的逐步展开和深入。

4.自主提问

如果教师能够营造出一种轻松愉悦的课堂氛围，学生往往能够主动发问，提出不同观点，而不拘泥于预先设置的问题。实践证明，通过学生自主提问展开的课堂研讨，往往效果更好。在前期铺垫时，启发学生自主思考并积极讨论，分析该领域可能存在的问题和发展方向。当讲到后续内容时，学生有了一定的心理预期，很想了解该领域的研究现状和发展趋势，以验证与预期是否一致。同时，自主提问对于生物信息学研究有很好的推动作用，学生经常能够独辟蹊径，提出全新的思路，拓展研究内容的广度和深度。

5.课堂报告

在授课过程中，鼓励学生结合所学知识选择感兴趣的专题，阅读相关文献并进行课堂报告。由于学生的选题更接近彼此的思维方式，能够反映一些共性的问题，对于扩展思路很有帮助。在报告过程中，教师可适时点评，穿插课堂讨论，以深化学生对问题的理解。课堂报告可以全面地锻炼学生的表达能力、写作能力和创新思维能力，提高学生的综合素质。

第3篇：生物信息学的重要性范文

【关键词】生物信息学研究生培养模式研究生培养教育经过几十年的发展，已经取得长足的进步。国家每年研究生招生规模和数量都在不断增加，为国家培养大量专业人才，为科学与经济建设的迅猛发展起到良好的推动作用。尽管在研究生培养数量上增长明显，教学质量逐步提高，却仍有不尽人意之处，在某些领域仍存在着质量下降的问题，值得人们重视与思考。

一、西方国家培养研究生的模式呈多样化趋势

近年来，随着欧美等发达国家医学科学技术的发展，专业技能与综合素质的重要性日益突出，因此对高素质专业人才的培养提出了更高要求。所有大学都在考虑采用跨学科学习计划，如英、法等国在研究生课程中也开设了交叉学科的研究课程。对他们而言，交叉学科研究是现代医学科学发展的必然趋势，学科间知识的整合与交叉是当代医学科学的进步体现。虽然各国家研究生培养目标与模式各异，但研究生作为创新型人才的主要资源，其创新能力培养越来越受到各国家高校的重视，教育界的学者也纷纷对其研究现状进行了分析与探讨。

二、严把生源质量关，提高研究生教学质量

为尽快提升研究生教学质量，我们结合自身特点采取了一些针对性的有力措施。首先，严格把好生源入口，提高生源质量。培养研究生独立思考问题与解决实际问题的能力，重视有教学科研工作经验的人才并加以重点培养。其次，为拓宽专业知识面，及时增设跨学科新兴交叉课程，使研究生不仅掌握本专业知识，也加深了对相关专业知识的学习和理解，从而提高研究生的综合素质。

三、优化知识结构，构建创新实践型教学模式

在系统专业培养目标和培养要求梳理基础上，生物信息学专业研究生的培养目标是适应现代生物医药高新技术发展，推动生物医学与计算科学和信息科学的融合交叉，培养适应社会需求并具有较高科技开发能力。生物信息学专业研究生的培养是一个高素质复合型与创新型人才培养过程，各方面素质能力要求既相互统一，又各有所长。（1）生物信息学方向：了解生物医学大数据发展方向，掌握高通量分子生物技术原理和数据分析方法，具备一定的重大疾病机制分析、疾病风险标志物识别等生物信息学应用能力并胜任生物医学研究和产业开发工作。（2）生物医学软件工程方向：了解生物医学软件工程社会需求和产业进展，具备独立或在导师指导下进行生物医学软件和应用平台开发的基本技能和专业能力，胜任新型生物医药软件和平台研究、开发工作。（3）药物基因组信息学方向：了解大数据时代的新型药物开发和药物应用规律，重点增强网络药理学分析、药物靶标识别和计算机辅助药物设计技能，胜任计算机辅助新药开发、药物作用机制的工程分析等工作。（四）生物医学仪器开发方向：了解现代生物医学仪器产业发展，掌握电子学、生物医学和工程科学的交叉融合知识，胜任面向生物医药仪器设备开发、维护，及新型健康工程产业工作。

四、提升导师综合能力，培养高素质创新人才

加强研究生导师队伍建设，是培养生物信息学专业研究生的有力保障，“有好的导师人才，才有好的教育”，我们认真贯彻落实上级关于研究生课程建设改革的相关文件精神和要求，以现代教育理念为指导，制定培养研究生综合能力和创新能力的计划，不断优化研究生实践创新型教学模式。通过完善导师遴选制度改善导师队伍的结构，建立和完善导师培训制度；进一步提升导师自身道德品质、文化修养，努力形成一支素质优良、知识完备、结构合理的导师队伍。

导师是培养高素质创新人才的关键因素之一，我们始终坚持以培养创新型人才和建设一流大学的目标为抓手，通过高峰论坛、学术交流和国外学者来校访谈讲座等形式，进一步为导师创造良好的学术交流氛围，使导师能够吸取各种学术营养，博采众长，不断更新知识，拓宽专业领域，提高研究生教学质量。制定适合本专业特点的研究生培养目标与培训计划，调整和完善创新性研究生培养方案势在必行。

五、加大教学改革力度，全面优化研究生培养模式

在当前形势下，开展生物信息學专业人才培养模式改革应多管齐下，在持续推进研究生基础知识能力提升的情况下，着重解决与高新技术衔接能力培养方面的关键问题。

1.强化研究生培养过程的知识技能与社会需求衔接性调研，推进研究生教育各环节中的创新技能和产业技术的引入。选择一批实力较强的科研单位作为生物信息学专业研究生培养合作单位和产业实践基地，以此将企业资源引入到校园环境之中，推动产学研一体化发展。

2.积极深入企业、科技研发一线，了解用人单位对研究生知识、技能的需求，将符合社会需要的知识技能纳入到研究生课程教学体系，推进研究生导师与社会单位联合开展技术攻关或课题申报，提升转化潜力，推进生物医药高新技术产业与专业教育的全面融合。

3.根据生物医药高新技术领域发展现状和人才需求情况制定培养方案。以专业能力培养为核心、创新能力培养为重点、基本知识模块组成，重视基础、专业知识和创新思维能力的培养基础上，全面提高研究生的创新能力和与高新技术产业紧密衔接的综合素质能力。

4.拓展不同研究方向的研究生对综合性、交叉性以及新兴学科知识的选择范围，前沿性内容为研究生的个性发展和思维拓展提供了较为广阔的空间。以完善知识结构，提高思维能力，强化实践能力为目标，突出实践性、应用性，使其具有先进的医学理念、严谨的科研思维和解决实际问题能力。

当前研究生教育的主要目标与模式，应根据“创新经验的传授创新技能的训练创新实践的开展”的理念与思路，培养研究生的科研创新能力、独立思考和知难而进能力、坚实理论基础和实践动手能力；养成良好的科研作风，坚忍不拔的学术精神，适应新形式发展与需求的高级复合型人才。我们对生物信息学专业研究生培养模式的改革思路探讨与我国当前研究生教育的主旋律相吻合，具有一定的实用性、效用性和广泛的应用前景。未来我们将继续探索，进一步优化研究生培养模式与方案，为生物信息学专业培养更多的创新型人才，为学校推进双一流大学建设贡献力量。

参考文献： 

[1]吴俊端.医学院校教师教学能力培养现状调查与分析.中国高等医学教育，2015. 

[2]甄良康，君英爽.建构我国研究生培养模式的改革思路.学位与研究生教育，2013. 

[3]秦发兰.关于全日制专业学位研究生特色化培养的思考.中国高教研究，2012. 

第4篇：生物信息学的重要性范文

一案例教学法在当代高等教育中的意义

（一）案例教学法与传统教学法的区别

案例教学法由美国哈佛大学首创，该方法是在教师的指导下，根据知识体系的掌握要求，利用案例引导教学活动，组织学生进行学习、研讨和探究的一种教学方法[2]。

第一，从教学目的来说，传统教学重在理论知识的传授，其缺点是缺乏理论联系实际的结合点，容易造成理论脱离实际的弊病。而案例教学重在实际问题的解决，其教学案例主要来自科研和生活实践，具有真实性、完整性、典型性、代表性。通过案例的学习，能掌握隐藏在案例后的完整的知识体系，并在此过程中，训练学生独立分析问题和解决问题的能力。

第二，从教学材料和授课方式来说，传统教学所使用的教学材料一般都是具有一定稳定性的教科书，其典型授课方式是以“教师讲，学生听”为主。而案例教学使用的教学材料是独特的教学案例，并且这些教学案例一般都是随时代的发展不断更新。

第三，在传统的教学中，教师只要教材熟悉、思路清晰、表达清楚，使学生掌握了教师的“真理”，责任就算尽到了。而在案例教学中，教师虽然可能比学生懂得多，但教师的角色并不是权威，应定位为案例教学的设计者、引导者、组织者和案例讨论的参与者。

第四，从学生的角色和责任来说，在传统教学中，学生处于消极、被动和受支配地位。其角色是认真的听讲者和知识的接受者。而在案例教学中，不仅强调教师的“教”（引导），更强调学生的“学”（自主学习和研讨），以学生为中心，学生在整个教学活动中处于主导地位。

（二）案例教学法的重要意义

案例教学法有如下作用和意义：通过真实性的案例，能很好地解决理论与实际脱节的矛盾，便于理论联系实际；通过师生角色的转变，有助于调动师生教与学的积极性；在解决现实案例的过程中，首先需要学生根据案例的需要，不断地收集、分析、学习和处理各种知识和信息，从而有助于培养学生的信息收集、学习和处理能力；在解决现实案例的过程中，还需要学生运用所学的知识体系解决现实问题，从而有助于提高学生分析问题和解决问题的能力；解决问题的途径并非唯一，学生在案例分析过程中，可以站在不同的立场、多角度地分析和解决问题，从而有助于培养学生的创新能力。

二PBL教学法与案例教学法的高度互补性

PBL（Problem-Based Learning）即“基于问题的学习”，由加拿大的McMaster大学首创[3]。该方法以问题为核心，其核心思想有两个：一是将问题作为学习和整合新知识的起点，以问题为载体，使学生在解决问题的过程中学到必要的知识；二是不单纯只为获得知识，在获得知识的同时，强调问题的解决。其教学的主要形式是：以学生为中心，在教师的引导下，以小组为单位围绕着一个个的问题进行讨论和学习。

PBL教学与案例教学有极强的互补性。在案例教学中，一个案例就是一个实际情境的描述，在这个情境中，往往包含着多个疑难问题。换句话说，要解决一个代表现实课题的真实性案例，需要将其分解成许多个问题，通过每个问题的解决，最终解决整个案例。同时，在解决问题的过程中掌握每个问题背后所包含的知识，所有知识的集合则构成了案例背后隐藏的知识体系。也就是说，在进行案例教学的过程中，需要用到“基于问题的教学”；而“基于问题的教学”中的“问题”，并不是随意设置的，需要以案例解决的路线为指引进行设置。

三案例教学法和PBL教学法的实践探索

（一）课程平台

我们以生物信息学为课程平台。生物信息学是用数理和信息科学的观点、理论和方法去研究生命现象、组织和分析呈现指数增长的生物数据的一门学科[4]。它主要包括两重含义：一是对海量数据的收集、整理与服务，即管理好这些数据；二是从中发现新的规律，即利用好这些数据。它是生命科学领域里一门极为重要的工具课程，可整合和串联各门主干课程。

（二）具体实施

1分组

对班级学生进行分组，分组的依据主要是每个学生能力的高低，将能力互补的学生分在一个学习小组中，每组控制在4-5人左右。

2提出教学目标，布置真实性任务（案例）

案例教学法中案例的选择并非随意拿来，而是要根据教学内容和教学对象的不同，精心选择，精心设汁。其一，所选案例要贴切、恰当，能全面反映教学内容。其二，所选案例要生动，具有吸引力，这样才能调动学生的积极性，吸引学生积极参与、积极思考。其三，所选案例要难易适度，充分考虑到学生的个体差异，尽量选择和设计出所有学生都可理解接受的案例。基于上述三点，我们选择了“某个新基因的发现与鉴定”这一真实性科研课题作为案例。

3以案例完成的步骤为主线，设置相应的问题集

教师在选择好案例后要花一定时间仔细研读思考，对下列问题一定要成竹在胸：选用此案例主要想解决什么问题？案例将可能涉及哪些方面的知识？通过研读思考、翻阅教材和资料，将相关信息整理出来，归纳成问题集，作为学生解决案例的线索和依据。按照这个原则，我们设置了以下11个问题，构成问题集：（1）生物数据库是如何架构的，对于互联网上常见的生物数据库，该如何识别与理解？（2）如何通过国际上的生物数据库检索系统，对数据库内的生物分子数据进行使用？（3）如何通过各种常见的双序列比对软件完成对生物分子的两两比对？（4）如何通过各种常见的多序列比对软件完成对生物分子的多重比对？（5）如何利用EST数据库获得基因重叠群？（6）如何完成新基因的拼接获得？（7）如何完成所得基因的理化性质分析？（8）如何完成所得基因的启动区域分析？（9）如何完成所得基因的CDS区域分析？（10）如何完成新基因的人工翻译？（11）如何完成所得蛋白质的结构与功能分析？

4定期讨论

定期安排学生集中讨论。每次讨论主要完成两方面工作：一是对问题解决和案例完成进展情况进行报告，二是对所遇到的难点进行互相交流。教师全程参与，对疑难点做出提示和建议。

5成果汇报

案例完成后，进行集中汇报。让学生对期间所做的工作、获得的结果进行汇报。

6教师评价、反馈

由指导教师对案例完成过程及结果进行点评，对学生掌握知识的程度及学生的科研、应用能力进行评价，并提出可进一步提高的方向。

7延伸阶段

鉴于生物信息学都是在临近毕业时进行教学，对于有兴趣的学生，可以将案例扩展成毕业设计，进行模块化分流教学。

（三）案例教学法与PBL教学法的实施效果

1激发了学生的学习兴趣，提高了教学质量

学习是一种满足人类基本需要的方式，兴趣则是最好的老师。案例教学法与PBL教学法的实施，大大转变了师生的角色和观念。使教师认识到学生作为主体参与教学的重要性，逐渐从知识论转向主体论，从知识的传授者、教学的组织领导者转变成为学习过程中的咨询者、引导者和伙伴；树立了“以学生为中心”的教育理念，确立了学生全面发展、能力本位的价值取向。同时，真正落实了学生在教学活动中的主体地位，改变了他们以往个体式、接受式、知识学习导向的学习方式，形成了合作式、探究式、能力培养导向的学习方式，让每一位学生积极主动地参与了学习过程。在此过程中，学生的学习兴趣大大增强，教学效果十分良好，教学质量有了明显的提升。

2促进了对学生能力的培养

古人云，“授之以鱼不如授之以渔。”叶圣陶先生也认为，“教是为了不教。”究其根本，实际上都在强调学校应该教会学生自主学习，这样才能在知识的不断更新中挺立潮头，永远立于不败之地。通过案例教学法和PBL教学法的实施，我们确立了以教师为引导、学生为主体的教学模式。通过真实性很强的案例与相匹配的问题集，把知识获取方式由灌输式变为探究式，大大提升了学习效果。并且在此过程中，极大地提高了学生分析问题、解决问题的能力，增强了学生的创新精神。

参考文献

[1]赵姝淳.对高校创新性人才培养的思考[J].国家教育行政学院学报，2007（3）：64-67.

[2]王世民.浅议案例教学法[J].辽宁教育行政学院学报， 2006 （6）：91-92.

第5篇：生物信息学的重要性范文

人类基因组计划自20世纪90年代初开展以来，取得了许多重要的研究进展，获得了包括人类、水稻、拟南芥等多种模式生物在内的基因组DNA的全序列［1－4］，这对生命科学的发展具有划时代的意义，生命科学从此进入了后基因组时代。

然而，这些令人振奋的进展也随之产生了新问题，由基因编码的蛋白质与基因本身不同，其在生物体内的表达和功能具有复杂的动态性、时空性，以及1个基因对应多个蛋白质，即mRNA与蛋白质之间并非简单的一一对应关系，蛋白质的结构也不可能依靠DNA序列来解析。大量的新基因及蛋白质数据不断涌现，就需要重新认识这些基因与其所编码的蛋白质的结构及它们所执行的功能等，从而将各个蛋白质之间的上、下游关系和相互作用解释清楚。此外，蛋白质在生物体合成之后，对于蛋白质翻译后加工、修饰、蛋白质之间的相互作用、功能以及其运输、在生物体的组织和细胞定位、蛋白质结构的形成、代谢途径等都无法从基因组水平的研究上进行解释。所以，直接在蛋白质水平上的研究对于深入剖析生物体的运行机制具有重要的意义［5］。

在这个研究背景下，1994年MarcWilkins在意大利的二维凝胶电泳（Two－dimensionalgelelectrophoresis，2－DE）会议上首次提出了蛋白质组（Proteome）的概念［6］。它是指生物体的全部蛋白质组成及其表达方式。蛋白质组研究目前虽然尚处于起始阶段，但已经获得了很多重要的研究成果。当今蛋白质组学的主要任务是不断完善和更新蛋白质组研究技术和手段，大量进行蛋白质分析。在植物病理学的应用研究中，可以通过比较正常组织和疾病组织的蛋白质表达情况，鉴定出特异的病程相关蛋白质，而这些特异蛋白质也可以作标记来辅助选育抗病品种，从而将其应用于农业生产实践［7］。

1蛋白质组学研究手段

目前，蛋白质组的研究内容主要分2个方面。

一方面，通过双向电泳技术获得正常（健康）生理条件下的生物体、组织或某些特定细胞的蛋白质组电泳图谱，并将这些图谱数据作为待检测生物体、组织或某些特定细胞的参考电泳图谱。另一方面则是比较在非正常（疾病）生理条件下生物体蛋白质组所发生的变化。如蛋白质表达量的变化、组织表达特异性的变化、蛋白质翻译后修饰的变化以及在细胞或亚细胞水平上的定位变化等。通过对双向电泳图谱上具有显著差异表达的蛋白质的分析鉴定，可以对编码该蛋白质的基因进行研究，延伸对该基因功能及结构的了解，也可以为功能蛋白质组学的研究提供参考，甚至发现新的基因和蛋白质，完善已有基因组和蛋白质组数据库等［8］。目前，蛋白质组学的主要研究技术包括3个方面，即包括蛋白质的分离、鉴定技术和生物信息学技术。

1．1蛋白质分离技术

双向电泳技术作为目前蛋白质组学中应用最为广泛的实验技术，它具有实验流程成熟、分辨率高、重复性好的特点，是一种成熟的蛋白质组学研究技术［9］。双向电泳的基本原理是，根据所有蛋白质的等电点和分子量大小，进行2次电泳将其分离。双向电泳的第一向是等电聚焦（Isoelectricfocusing，IEF），即按照蛋白质的等电点进行分离，分为固相化pH梯度等电聚焦和载体两性电解质pH梯度等电聚焦2种，目前广泛采用预制胶条进行固相化pH梯度等电聚焦［10］。第二向是SDS－聚丙烯酰胺凝胶电泳（SDS－PAGE），即对蛋白质分子量的大小进行分离，一般采用垂直电泳或水平电泳。由于双向电泳利用了蛋白质的两个彼此不相关的而对蛋白质的性状又极其重要性质对其进行有效分离，因此该方法具有较高的分辨率，一般能分辨出2000个左右蛋白质点，最高可以达到11000个蛋白质点的分辨率［11］。

近年来，随着生命科学的不断发展，越来越多的交叉学科和实验技术也随之出现，如一些新的蛋白质分离方法，亲和色谱、多维色谱毛细管电泳等。这些新技术虽然不能完全代替双向电泳技术，但可以在一定程度上弥补双向电泳的一些不足。从目前的发展趋势来看，液相色谱－质谱联用已经成为发展较快的蛋白质组学分离技术之一，并越来越受到蛋白质组学研究者的关注。该技术最突出的优势是对生物体蛋白质组进行分析时的歧视效应大大减小，该技术可以同时实现蛋白质的分离和鉴定的在线联用，因此，液－质联用技术的发展有利于蛋白质组研究向高通量化和自动化的方向发展［12］。

然而，双向电泳技术作为最成熟的蛋白质组学研究方法，可以既快又全面地获取生物体蛋白质组变化的宏观信息，同时也可以较好地与后续的分析方法串联，从而有效地进行微观分析，并且该方法有很好的分离能力，分辨率较高，还具有一定的高通量优势［13］，因此，目前双向电泳技术仍然是蛋白质组学的核心技术之一。

1．2质谱技术

利用质谱技术对已通过双向电泳等技术分离的蛋白质进行鉴定是蛋白质组学研究中的关键步骤。20世纪80年代末，日本科学家田中耕一和美国科学家JohnBFenn分别开发出基质辅助激光解吸电离技术（matrixassistedlaserdesorptionionization，MALDI）［14］和电喷雾电离（electrosprayionization，ESI）［15］2种软电离技术，推动了生物质谱（Bio－MS）的发展，使传统的主要应用于微观物质研究的质谱技术的应用性发生了巨大的变革［13］。MALDI，ESI－MS等技术的出现促使双向电泳向与质谱兼容的方向发展，也推动了质谱仪的核心装置即质量分析器的改进，使生物质谱技术更有效地应用于蛋白质组的研究领域。用于蛋白质组研究的质谱分析仪有飞行时间、四极离子阱、傅立叶变换离子回旋共振、四极杆等几种选择［13］。生物质谱主要通过对蛋白质、多肽等的质量测定以及肽质量指纹图谱测定和氨基酸序列测定，对双向电泳技术分离的蛋白质点的定量蛋白质组进行分析、鉴定、蛋白质的翻译后加工、修饰以及蛋白质相互作用等研究。

目前，生物质谱被认为是高通量、高效进行蛋白质鉴定的首选工具之一，它与很多分离方法进行了有机的结合，并得到了广泛的应用，如与双向电泳、CE、多维色谱的联用或质谱本身的联用等，是复杂蛋白质样品分离分析时不可替代的方法。但在目前的应用中，该方法还存在一些技术上的瑕疵，如质谱的定量问题等。另外，近年来荧光双向差异凝胶电泳技术、激光捕获微切割技术（lasercapturemicrodissection，LCM）、表面增强激光解吸电离－飞行时间－质谱（surface－enhancedlaserdesorptionionizationtime－of－flightmassspectro－metry，SELDI－TOF－MS）和稳定同位素特征标签生物质谱技术等也得到了较快的发展和广泛的应用［16］。相信随着生物质谱和相关技术的不断完善和改进，这些方法必将会在蛋白质组学的研究中更好地发挥作用，不断满足高效、高通量和自动化鉴定、筛选蛋白质的需求。

1．3生物信息学

生物信息学是近几年发展起来的一门新兴的交叉学科，它由生物技术与计算机科学技术以及应用数学学科等有机组成。它通过对蛋白质组研究采用的试验方法（如双向电泳、质谱分析、色谱分析、酵母双杂交、蛋白质微量测序等）所获得的试验图谱、序列等数据进行统计、检索、分析等，以揭示这些数据中所蕴含的生物学意义，从而解释一些有规律的生命现象［17］。生物信息学在蛋白质组学中的的研究内容主要包括：大规模蛋白质组学试验数据的获得，将试验数据经过软件处理成具有生物学意义的试验结果，以及对试验结果分析、解释，最后将获得的信息进行以及对上述过程的管理等。

蛋白质数据库不仅标志着蛋白质组学的研究水平，也是蛋白质组学研究的基础。目前，蛋白质结构数据库主要是美国国家实验室的PDB（ProteinDataBank），蛋白质序列数据库主要是瑞士日内瓦大学的SWISS－PROT［18］。生物信息学技术的快速发展已为蛋白质组学研究提供了许多高效、便利的分析软件，尤其是蛋白质质谱鉴定软件和算法发展迅速，最近发展了一种分析技术，可以直接搜寻基因组数据库，对质谱数据进行基因注释和判断复杂的拼接方式，因此，生物信息学的进展为蛋白质组学、基因组学、生物芯片技术等生命科学的前沿领域的发展起了较大的推动作用［19］。可以预测，随着生物质谱技术在蛋白质组学研究中的更大规模的应用，规模化质谱分析会产生海量的数据，这将会有效促使更多更完善的数据库系统的建立［20］。

2蛋白质组学在植物病理学上的运用

植物蛋白质组学研究随着拟南芥和水稻等模式植物的基因组序列公布后逐渐活跃起来。植物抗病机制及抗病性研究仍是当今植物病理学和植物抗病育种研究的重要领域之一［21］。自然界中生长的植物时刻处于各种微生物的包围环境之中，其中绝大多数植物不被微生物所侵染，表现出抗病性，并在体内产生相应的病原物相关蛋白质（pathogenesis－relaedproteins，PR蛋白）来抵御微生物的入侵［22］。当病原菌侵染植物后，植物与病原物之间的相互作用是一个复杂动态过程，植物与病原物的识别、互作在特定的细胞、特定的时间、特定的组织或有机体中并非所有的蛋白质都表达，而是按照寄主植物防御反应的需要进行特异的表达和运转。蛋白质是生物体最终功能的执行者，由于DNA序列信息与蛋白质序列之间不是一一对应的关系，也不能说明蛋白质的翻译后加工、修饰。因此，植物与病原物之间互作的动态过程不能通过分析植物寄主或病原物的基因组信息来解释。所以，只有将蛋白质组学研究与基因组学的研究结果有机结合，才能更好地从分子水平解析寄主与病原物互作的内在机制，同时为植物的抗病育种研究提供理论依据。

2．1蛋白质组学在植物与病原物互作系统中的应用

植物蛋白质组学的发展必将对植物学科及植物病理学科的研究与发展产生重要的推动作用。由于蛋白质组学研究技术在植物学科上取得了重要的研究进展，有许多成功的研究应用案例，再加上蛋白质组学研究技术具有高分辨率、高通量的优势，很多学者已经将这门技术应用于植物病理学的研究，并已取得了较大的进展。

我国学者廖玉才等构建了大麦抗、感白粉病的近等基因系，并对1叶期的幼苗进行了白粉病的接种试验，对接种48h后的幼苗叶片进行了蛋白质组学分析，研究结果表明，抗病系诱导表达了在未接种对照中未出现的蛋白质点；而感病品系在pH6．0附近诱导表达的蛋白质明显增多，感病系在pH8．8处在蛋白质的表达量大幅提高，而且蛋白质种类也比抗病品系有所增加［23］，该研究也是蛋白质组学在植物病理学研究中早期的应用。陶全洲等在离体条件下，用双向电泳技术研究稻瘟病菌Magnaportheoryzae与水稻在接触反应初期阶段的蛋白质表达变化情况，以寻找可能参与寄主与病原物相互识别的病程相关蛋白质，研究结果表明，病原菌与寄主发生接触反应后，有2个组成型蛋白质被诱导表达，即该蛋白质在抗病品种和感病品种中都有表达，以此推测该蛋白可能参与寄主与病原物的接触时的信号识别等，在该研究中，还有2个蛋白质与孢子或菌丝体混合后下调或消失［24］。郑用琏等通过双向电泳技术研究了小麦在受到褐斑病菌浸染后，其诱导表达了2个特异性病程相关蛋白质，进行其氨基酸序列分析后，合成简并核酸探针，从蛋白质序列分析入手分析抗病相关基因，为从蛋白质水平到DNA水平的研究开创了新的研究思路，为该方向的研究提供了借鉴［25］。李跃建等用双向电泳技术研究了条锈菌侵入后小麦体内蛋白质的表达情况，研究发现抗小麦条锈病品种川麦107和感条锈病品种80－8在小麦条锈菌侵入后，体内蛋白质表达变化差异非常显著［7，26］。梁根云等运用双向电泳技术分析了2个小麦品种（川麦107和80－8）的未接种对照和条锈菌侵染发病14d后的叶片差异表达蛋白质，从双向电泳图谱上找到9个显著差异表达的蛋白质点，通过谱技术鉴定，获得6个蛋白质点的肽质量指纹图谱（PMF），通过网络数据库搜索、比对，有2个蛋白质点被鉴定，分别是与植物抗病性或代谢相关的蛋白质，即磷酸核酮糖激酶（Phosphoribulokinase，PRK）和脱氢抗坏血酸还原酶（Dehydroascorbatereductase，DHAR），表明这2个蛋白质在小麦与条锈病菌的互作过程中起到了重要的作用［27］。

国际上对于利用蛋白质组学研究植物病理相关问题的学者也较多。Marra利用蛋白质组学研究技术的高效率、高通量的优势，研究植物、病原菌和拮抗型木霉菌三者之间相互作用前后的蛋白质表达变化情况，对植物的抗病机制和拮抗木霉菌的拮抗机理进行了系统的研究［28］。该研究结果也为从系统上解析植物与病原微生物相互作用的机制提供了很好的参考研究模式。

2004年，Kim等使用双向电泳研究技术及其他的一些蛋白质组分离和鉴定手段，研究了水稻细胞和稻瘟病菌悬浮培养时，系统蛋白质的表达变化情况，并分别于悬浮培养后24、48h提取总蛋白质，通过双向电泳分离，并对来自6个不同基因的12种蛋白质进行了质谱鉴定，其中由稻瘟病菌诱导产生了类黄酮还原酶类蛋白和水稻病原菌相关蛋白10（Ricepathogenrelatedproteinclass10，PR－10）［29］。此后，Kim等又对接种有毒力和无毒力稻瘟病菌的水稻叶片进行了蛋白质组学研究，结果表明，在接种后的水稻叶片中，有8个蛋白质因稻瘟病菌的侵染诱导表达或表达增强，随后通过质谱技术分别鉴定了这8个诱导表达或表达量上升的蛋白质，分别是TLP、Glu1、PBZ1、PR－10、POX22．3、Glu3和2个RLK（receptor－likeproteinkinase）［30］。

与Kim等2004年的研究方法类似，Ndimba等和Chivasa等分别对拟南芥悬浮细胞在病原真菌（Fusarium）细胞壁分泌物诱导下的蛋白质表达变化情况，研究表明，在病原真菌细胞壁分泌物的诱导作用下，悬浮细胞外和细胞内的蛋白质表达变化差异显著，该研究系统探讨了拟南芥对病原菌侵染的抗病相关蛋白质的表达，以及与信号转导途径相关基因的表达变化［31－32］。Konishi等应用蛋白质组学研究方法，分别提取、分离和鉴定了受稻瘟病菌侵染后的水稻叶片中具有显著差异表达的蛋白质，发现蛋白质PR－5在病原菌侵染12h后被诱导表达，分析表明该蛋白的表达可能与寄主非专化性抗性反应相关［33］。Oh等对拟南芥悬浮细胞病原真菌互作过程进行了系统研究，结果表明，脂肪酶类分泌蛋白GLIP1的诱导表达与拟南芥的抗病性密切相关，研究分析认为，GLIP1蛋白可能是通过抑制病原真菌的分生孢子的活力使得拟南芥获得对病原真菌的抗病性［34］。Andrade等应用差异蛋白质组学方法，从花椰菜与黑腐病致病菌（Xanthomonascampestrispv．campestris）相互作用前后系统蛋白质表达模式的变化情况，对在拉丁美洲危害严重的黑腐病的发病机制进行了系统研究，结果表明分别有6个来自寄主植物和15个来自病原菌的差异表达蛋白质点被鉴定，这些与病程相关的蛋白质点的鉴定对于深入了解黑腐病发病分子机理及其在植物抗病育种上的应用奠定了基础［35］。

Trudy等用TCA沉淀法提取了马铃薯晚疫病菌Phytophthorainfestans菌丝培养液中的总蛋白质，经双向电泳分离后进行质谱鉴定，结果表明，有9个细胞外分泌蛋白的质谱鉴定结果与cDNAs所编码蛋白质的推测质谱数据相吻合［36］。该研究将蛋白质组学与基因组学的研究有机结合、相互验证，为后续相关的研究提供了新的思路。

很显然，应用蛋白质组学从生物体与病原物互作的系统水平研究病原菌与寄主植物相互作用的蛋白质表达变化用于植物病理学的研究具有很强的优势。这提供了一个直接研究植物病害系统的平台，通过对抗病品种和感病品种在病原菌胁迫下的蛋白质组数据进行对比分析，就可以从这个研究平台上直接的找出一些特异的病程相关蛋白质，并通过其他的分子生物学方法对其进行标记、鉴定和功能的预测分析，再将这些记与植物的抗病育种相结合，从而更好地为农业生产服务。

2．2蛋白质组学在植物病理学上应用的不足之处

随着功能基因组学与现代分子生物学研究方法的不断更新、完善和发展，蛋白质组研究技术的日益进步，以及大量的模式物种与病原物间相互作用研究体系的建立，许多与病原菌的致病性相关或与寄主的抗病反应相关的基因和蛋白质的功能和作用机理得到了很好的解释，这些研究结果也为全面了解植物抗病的分子机制及其在生产实践中的应用打下了基础。然而，蛋白质组学作为后基因组时代新兴交叉学科，当前还存在一些技术上的缺陷与不足尚待改进和完善。许多研究结果表明，在寄主植物－病原菌互作的过程中，一些小分子或者低丰度的蛋白质往往起到信号识别、传导、传递以及激活下游信号发生级联反应的关键作用。而在蛋白质组学分析过程中，受到蛋白质提取方法的限制，有较多低丰度蛋白质得不到相应的分离和鉴定。另一方面，有许多低丰度表达或低分子量蛋白点虽然具备显著差异表达特征，但却未得到成功鉴定，无法获得该类蛋白质点的相关结构及功能信息，而这些蛋白质却往往在互作过程中起到较为关键的作用。

除此之外，蛋白质的分离技术对于整个蛋白质组学的研究起到决定性的作用，在植物组织中，仍有许多的蛋白质如非水溶性蛋白质的提取成为是我们获得整个系统的蛋白质组的制约因素。因此，由于生物质谱技术的高度灵敏性，在蛋白质的提取和分离过程中，蛋白质的纯化与否严重影响了蛋白质组研究技术在植物病理学科尤其是植物与病原物互作的相关研究。此外，蛋白质的提取、分离技术还有待于进一步的提高和完善。蛋白质组学研究与功能基因组学密息息相关，目前，蛋白质组学的研究领域还相对狭窄，除人类医学领域外，蛋白质组学分析技术仅在拟南芥、水稻等少数完成基因组序列分析的模式生物中得到了较为广泛的应用，而对于其他生物尚处于起步阶段。因此，基因组数据库的不完整也成为限制蛋白质组学研究的瓶颈之一，迫切需要各类重要物种基因组数据库的不断补充和完善来扩充该学科的应用范围。

对于蛋白质的分离技术而言，虽然双向电泳具有不可替代的优势，但是其规模化有待于进一步加强，二维凝胶电泳染色转移等环节操作困难费时，又有操作中分离容量的先天限制，再加上极酸、极碱、低丰度、非水溶性等蛋白质均难以呈现，样品中高盐离子浓度、蛋白质的定量等以及高质量蛋白质的制备等方面都有待于进一步的提高和完善。蛋白质的生物信息学研究，虽然已有一定范围的应用，也仍困难重重。因此，国际上开始重视研究以酵母双杂交技术和色谱－电泳－质谱为主的技术平台，用于研究蛋白质连锁群和蛋白质功能网络系统，但受限于其操作的复杂性，仍缺乏快速、高效、高通量的技术手段获取复杂蛋白质相互作用的多维信息。

3结语与展望

越来越多的新技术、新方法将会随着现代分子生物学实验技术的不断完善、发展而涌现，这些新技术应用于与植物病害相关的研究系统中将为植物病理学的发展提供更加优越的条件和研究渠道。目前借助于成熟的蛋白质组学分析方法和生物质谱鉴定技术，在寄主植物与病原菌包括病原真菌和病原细菌2类互作系统中，从植物寄主上获得了大量的由病原物的诱导产生的差异表达蛋白质。在前人研究的各类互作系统中，已充分验证了部分以病程相关蛋白家族为主的蛋白质的功能，也明确了这些蛋白在植物抗病机制中的具体功能，这些研究结果将为基因组学和转录组学的研究提供了理论依据，为更深入解析植物寄主响应病原菌侵染的复杂分子机制提供了有力证据。

第6篇：生物信息学的重要性范文

第九届中国青年女科学家奖评审会评语：

梁金玲对神经网络、复杂网络、基因调控网络等复杂系统应用数学理论进行分析和综合，对其相应的实际应用作出了指导性贡献。

梁金玲寄语青年人：

科学研究和其他工作一样，都是不断发现问题、解决问题的过程。要发现新问题，就要保持思维的创新性。青年人要勤于思考、勤奋工作、快乐地生活。

一些看似不太相关的东西一旦结合，往往能产生意想不到的结果，就像数学模型与生物信息学。

最近几十年，尤其是2000年以后，随着基因测序技术的日趋成熟，其成本不断下降，加上一些新技术的诞生，生物学的发展非常迅速。现在，在美国国家生物技术信息中心和欧洲生物信息研究所维护的公共数据库，基因数据已经超过100万组，而且这些数据还在迅速增多。

另一方面，虽然目前科学家获得了很多基因数据，但真正得到利用的，却只有很少一部分。原因在于，对于很多数据，生物学家并不知道怎么用，难以从一大堆数据中去挖掘这些数据所代表的生物学机理。

这正是东南大学数学系教授梁金玲“闯入”生物学领域，研究基因调控网络的动力学行为，并试图为基因时间序列数据建立数学模型的原因。

那么，建立数学模型的方法，将如何帮助生物学家呢？

梁金玲举了个例子：森林干燥的时候，容易起火。应该如何预防呢？最原始的方法，就是请很多人去巡逻，一旦发现有火灾的苗头，就及时扑灭。不过，一小片森林，这样做可能还行，但是森林很大的时候，显然没法做到处处都有人巡逻，就会疏漏百出。这种情况下，就可以运用数学模型的方法：通过收集过去多年的火灾发生及森林相关数据，比如火灾发生的时间、规模，以及森林中的水分、温度、风级，然后把这些数据与火灾发生的情况联系起来，做成一个数学模型，以后把森林相关数据输入模型后，就能大致预测出，森林的哪些区域、在什么时候可能发生自然火灾，从而指导防灾工作。

现在，生物学家面对的就是一个极大的“数据森林”，亟需数学家利用海量基因数据建立数学模型并分析其动力学行为，从而帮助生物学家找到他们想要的线索。

从博士阶段开始，梁金玲就着手研究人工神经网络的动力学行为、复杂网络的同步现象以及基因调控网络的综合。当前，她正试图利用生物时间序列数据建立数学模型，来帮助生物学家分析基因活动的复杂机理。

在基因组时代，梁金玲为生物学研究带来的数学方法将会发挥更大的作用：基因数据库以及已有的其它基因研究成果是一个巨大的宝藏，只要有了恰当的分析工具，生物学家就可以用较低的成本，发现很多生理机制背后的基因成因，从而弄清楚一些疾病为何会发生，这些疾病又该如何治疗。

梁金玲曾在英国从事博士后研究。她说，这段经历对于她的学术生涯有很大的影响，与不同文化背景下的同学和导师交流使她的思路更加开阔，也让她更加了解独立能力在学术研究以及人生道路上的重要性。

第7篇：生物信息学的重要性范文

关键词：生物工程 设计性实验 综合素质 创新教育

中图分类号：G642 文献标识码：A 文章编号：1673-9795（2013）09（a）-0038-02

针对生物工程专业知识具有涉及领域广、综合性强和应用性广的特点，各高校都开设了多门相关专业的实验课程，包括基础生物学实验、微生物实验、基础生物技术实验、生物化学实验、酶工程实验和生物制药实验等课程实验。这些实验为培养学生的基础操作，提高学生的实践动手能力奠定了良好基础，但这些实验课程都是以验证、单一、经典为主的单个小实验，各项实验所涉及知识点较零碎、独立，逻辑联系不紧密，学生完成实验后没有一个整体的概念。因此，为了让学生系统地掌握生物工程专业知识，以提高学生的综合素质，发挥学生的自主性和创新性，生物工程综合设计型实验教学改革势在必行。

1 开设生物工程综合设计型实验的目的

1.1 系统地掌握生物工程专业知识

综合设计型实验能够补充和丰富学生的专业知识，学生通过自己设计实验，既可以培养学生查阅文献、独力思考能力，又可以巩固以前所学专业知识、实验技术。在实验设计的实施过程中，学生通过将理论教学中的重要知识点搜集整理出来，再建立他们之间的网络联系，根据知识点的相关性和整和性进行实验的设计，使学生理解所涉及知识点的逻辑联系。在实验过程中，通过理论知识与实验实践相结合，可以促使学生系统地掌握生物工程专业知识，尤其提供了所学知识的纵向和横向扩展与融会贯通。

1.2 实验设计能力的培养

实验对于生物学的重要性不容置疑，实验教学是培养学生观察能力和实验动手能力的重要环节。在传统的教学活动中，有的学生虽然有较强的基本实验技能，但综合、系统性思维能力比较薄弱，对实验的设计和实施一无所知、无从下手。这就要求在实验教学中，培养学生的科研思维能力，提出问题，解决问题，分析问题。指导学生进行实验设计，让学生深刻认识和体会实验的一般程序，理解、归纳和应用实验设计的主要方法，教师的作用应在于“授之于渔而非鱼”。

1.3 发挥学生的自主性和创新性

强调以学生自身活动为主体的实验教学形式。在老师给定研究目的和基本实验材料的情况下，学生通过查阅文献资料，设计实验方案，与老师对设计思路、实验技术方案等进行讨论和修改，最终形成具有自我特色的实验设计。整个教学过程中更注重让学生自己去思考、去调查分析、去发现并解决问题；注重让学生发展自主性、创新性的思维，使其具有开拓式的发展。

2 综合设计型实验课程的基本内容

学生设计实验具体方案并在老师的引导下完成实验。在实验内容设计上，综合设计型实验以产淀粉酶基因工程菌的构建、目的产物淀粉酶的生产、产物（淀粉酶）分离纯化及其淀粉酶酶学特性分析为主线，综合利用多种实验技术，力争使学生得到多方面的综合训练。实验内容涵盖了基因工程、发酵工程、生物分离工程、酶工程及生物信息学等专业知识及实验技术。由于综合实验是一个连续的过程，前一个实验项目的结果与产物是后一个实验项目的材料，前后内容紧密衔接，环环相扣，每项实验都可能直接影响到最终的结果，从而增加了实验的系统连续性与完整性，使学生对每项实验的结果及各项实验间的逻辑联系性更加关注，具有更深的印象。综合设计型实验课程突出生物工程实验的综合性与现代性，使学生能更加系统全面地掌握原理，实验操作，实验仪器。实验主要内容涉及相关原理技术如表1所示。

3 综合设计型实验教学方式的改革

3.1 转变“学生为辅，老师为主”的教学方式

首先，根据老师提出的实验目的，学生自行查阅文献，设计实验技术路线。其次，学生与老师对实验设计思路、实验技术方案进行讨论和修改。然后，以开题报告的形式，对实验方案的可行进行论证，学生在老师指导下再次修改和完善实验设计方案。最后，明确实验方案和各项实验所涉及的技术手段，学生进入实验阶段。实验过程中，每天详细记录实验内容、步骤和原始数据，整理和分析数据，绘制图表及图表的规范化。实验结束，以PPT演讲形式汇报实验结果并按照科技论文的形式撰写实验小论文。整个实验过程中，学生成为教学主体，经过这种系统的实验训练，学生对实验的设计和实施过程有了系统连贯的认识，科研思维能力得到锻炼，查阅文献、分析数据、撰写论文等科研基本技能和协调配合能力都得到了训练。

3.2 转变“看为主做为辅”的教学方式

实验前的准备工作，溶液的配制、培养基的制备灭菌、电泳试剂的配制、缓冲液的配制、PCR引物的设计、基因序列的分析、微生物的培养和实验所需仪器的调试等均由学生自主完成。例如，让学生自己计算溶剂和溶质的量，称量溶解并装瓶标记；利用软件设计PCR扩增引物，应用生物信息学对DNA序列进行比对、分析；实验前对仪器进行外观检测、性能调试和试用；正确使用一些复杂的精密仪器设备（如发酵罐），准确地采集实验数据。学生亲自完成这些之前均由老师准备的工作，一方面培养了学生扎实的基本功；另一方面有利于培养学生良好的实验习惯和严谨的工作作风，使学生对实验的具体实施过程有一系统完整的认识。

4 完善综合设计型实验结果的考核方式

改革实验结果的考察方式，变传统的以记忆为主的考核为实际知识运用能力的考核。

首先，考察学生查阅文献和阅读文献的能力。考察学生在设计实验方案过程中，是否能通过查阅文献，提出新颖的实验方案或更好的实验技术，并能正确理解文献内容；在实验实施过程中遇到问题时，是否能利用文献分析和解决问题；在撰写实验小论文时，能否恰当引用文献分析或支持实验结果。将这些作为学生是否真正掌握综合设计型实验的原理指标之一，也考察了学生获取和学习新知识的能力。

其次，考察学生对专业知识和实验技能的掌握程度，主要是对学生专业理论知识理解、应用能力和实验技能进行考察。学生只有具备扎实的理论知识，全面地掌握各咱实验技能、正确使用仪器设备（特别是复杂精密的仪器）、准确地采集实验数据，才能顺利的完成整个实验。这些反映了学生所学专业知识的掌握程度和融会贯通能力。

然后，考察学生对实验结果的分析、归纳、整理能力。实验数据的准确、可靠、完整，对于实验结论有着重大影响。在数据采集、整理、分析、归纳，以及图表绘制过程中，可以增强学生对实验数据和结果的逻辑分析能力及做出正确合理结论的能力。

最后，考察学生学术交流能力。在实验方案设计、实验实施、实验结果讨论中，学生之间、师生之间互相交流，一起讨论实验的现象、结果及实验过程出现的问题，使大家对其他同学的实验结果和进展有一个了解。一方面在讨论中学生可以获取一些成功经验或避免出现错识；另一方面这也是一种竞争，可以督促学生更加积极、努力地进行实验。

参考文献

[1] 袁丽红.提高微生物学实验课教学效果的探索与尝试[J].微生物学通报，2008，35（4）：614-618.

第8篇：生物信息学的重要性范文

    根据学科分类国家标准,中医学有四个一级学科,分别是中医学、中药学、中西医结合医学和针灸学。这四个一级学科,有共同的思想理论渊源,在科学方法总论研究中,其创新发展的科学思维、方法脉络及复杂关系得到了全面归纳和总结。在此基础上,进一步探索各个学科的各自特征、创新发展思路与方法是深化和完整构建中医学创新方法体系的重要举措。

    1.1各学科主要科学问题范畴架构分析

    在不同角度和层面,各学科有共同的问题范畴架构特征,例如都面临规范化、标准化问题,如名词术语、诊疗过程、药物生产等规范标准化,这些属于中医学的重大关键科学问题范畴。除了共性的范畴特征之外,各学科也存在明显的个性特征。通过分析、归纳各学科的科学问题范畴,是全面、系统探索各学科创新方法的前提。证候分类、复方应用和疗效评价是中医学学科框架的核心,其间的方证相应、方效相关和证效相应网络关系是中医学研究的重点和难点,中医学基础与诊断、传统中药学与方剂学、中医临床各科,由基础到临床共同构成中医学学科框架体系。中药学传统中药学是以研究功能主治和毒性为重点,“有故无殒”的毒性评价理念对指导现代药物毒性评价有重要意义,具有深入研究的价值。性味归经和炮制鉴定有助于临床准确用药。安全性和有效性兼备是现代中药的固有属性,从资源学、栽培技术、炮制学、药物化学、药理毒理学角度多方位研究中药,构成了现代中药学的学科框架,近来兴起的网络药理学理论和技术,为现代中药的研究提供了全新的视角。中药学研究的目的是开发应用,过程中的相关规范标准研究、上市后再评价研究,对促进中药现代化和国际化不可或缺。针灸学的基础理论部分,以腧穴学和经络学为中心,与之相关的腧穴特异性研究、经络实质研究、脏腑相关研究都是学科研究的重点。另外,针灸学独有的经穴诊断、经络辨证和经穴配伍形成了其独立的辨治体系。不同于药物,针灸施治是一门技术,其规范和现代机制研究也是针灸学学科体系的重要组成部分。针灸学临床研究,以针对优势病种的疗效评价为重点。中西医结合医学是在西学东渐背景下形成的新医学体系。从认识论到疾病的诊治,中西医之间有明显的差别,中西医结合应从认识论角度融合互补,现代基于整体复杂体系的系统生物学兴起,为中西医结合、融合提供了理论依据和发展契机。中西医结合诊断具有微观与宏观结合、病与证结合的特点,治疗方面强调中西医疗法的优化互补,疗效评价需要证候信息、客观指标等的综合评价。现代组学、生物信息学和网络生物学技术为兼顾中西医特性的结合医学研究模式提供的技术支撑。

    1.2各学科已有科学创新方法的整理挖掘研究

    在各学科由萌芽丰富成熟的发展历程中,新思维、新方法和新工具的不断涌现,推动各学科不断进步。在明了各学科主要科学问题范畴架构的基础上,系统整理和挖掘各学科不同时空背景下的创新方法特征,求本溯源,对建立以中医学主体思想为根、发皇古义、融会新知、创新发展的现代各学科创新方法体系具有重要意义。(1)采用文本挖掘技术从“古代近代现代当代”四个阶段多个维度综合评价遴选找到影响学科发展、里程碑式的“重大人物—重大科学问题”,分析重大问题产生的根源和时代特征以及重大人物解决问题的方式、方法,并与同时代其他医家比较,立体化呈现当时的学科科学特征。在此基础上参阅当代中外文献,探索科学思维、方法和工具内在联系,评述对现代中医药学研究的借鉴意义。(2)各学科重大研究项目研究剖析和成果分析:建立和持续支持各学科的重大研究项目研究,是在国家战略层面引领学科发展方向、促进学科关键科学问题攻关的重要举措。采用文本挖掘技术,对近10年来,各学科的863、973、科技部支撑项目、国家自然基金重大专项、行业专项等项目进行系统梳理,参阅中外文献,在世界生物医学发展和国内中西医融合发展的大背景下,探索研究切入点、目标内容、技术方法、关键技术、组织实施步骤等方面的共同规律,分析成果及其相互关系,系统评述其对中医药学科发展的意义,展望未来的研究方向和目标。文本挖掘流程首先是采集各学科发展历程中“重大人物—重大科学问题”文本信息和当代各学科重大研究项目科研信息;在信息电子存储的基础上,通过信息清洗、集成、转换等过程,使文本信息集合构成文本信息库;针对具体研究目标筛选变量,然后根据变量的结构和性质选择相应的挖掘方法,以一法为主,多法联用进行挖掘[3]。

    1.3针对当代各学科关键科学问题的前瞻性研究

    利用TeoriyaResheniyaIzobreatatelskikhZadatch(TRIZ)主流技术创新方法分析框架和工具,在各学科主要科学问题范畴架构内,结合文本挖掘技术和专家访谈共识法找到当代各学科不同维度、层次的关键具体科学问题,探索问题产生的根源和解决问题着重考虑的对象、属性、参数等因素,揭示这些因素的相对重要性及交互作用,使问题分析过程形式化和结构化。参阅中外文献,结合当代多学科交叉渗透和认识前沿,探索问题的优化解决方案,从科学思维、方法、工具3方面探讨问题解决技术路线和关键环节,探索各个学科发展的动力机制[4-5]。TRIZ的操作流程首先是将各学科中具体科学问题抽象成为TRIZ通用格式问题,然后根据TRIZ问题与方案之间的匹配关系,寻找通用解决方案,最后再将通用方案具体化为具体问题的最终解决方案。

第9篇：生物信息学的重要性范文

Abstract： MicroRNAs （miRNAs） are endogenous noncoding RNAs with about 21～25 nucleotides in length. The study found that miRNAs widely participate in a series of important process of the life and play an important role in the cell differentiation， the process of growth and development of the biology and tumorigenesis. There were many proteins participated in the generation and function of miRNAs. In this study， we researched the miRNAs and its biological related proteins in animals.

关键词：microRNA；生物相关蛋白；功能；展望

Key words： MicroRNA；biological related proteins；function；progress

中图分类号：Q946.1 文献标识码：A 文章编号：1006-4311（2016）03-0183-03

0 引言

真核生物的基因表达调控是一个十分复杂的过程，只有确保基因表达调控准确，才能有益于生物体的生长和发育，否则很可能导致疾病的出现。一系列小分子非编码RNA，包括siRNA（small noncoding RNA），miRNA （microRNA），piRNA（piwi-interacting RNA）和esiRNA （endogenous siRNA）等的发现极大丰富了人们对基因表达调控的理解，它们是对基因调控理论的一个重要补充，揭示了真核生物一种新的基因表达调控方式。miRNA作为小分子非编码RNA家族的一个重要成员，对其进行深入研究，不仅有利于更加全面地认识生命过程，还能够有效地改善人类健康状况，是未来生命科学领域的一个研究热点。

1 miRNA的研究进展

1.1 miRNA的发现

第一个miRNA基因lin-4于1993年在秀丽隐杆线虫（Caenorhabditis elegans）中被发现[1]，但由于当时实验手段的限制，直至7年之后另一个异时性表达的基因let-7的发现才使大家将目光转移到这类小分子RNA上，从而爆发了在各物种中探寻miRNA的浪潮。2001年《Science》杂志分别报道了三个实验室从线虫、果蝇和人体克隆的几十个类似秀丽隐杆线虫的lin-4的小RNA基因，并将其命名为microRNA。随后各大研究小组分别通过分子克隆和生物信息学预测的方法，陆续在动物、植物、病毒等物种中鉴定出大量的miRNA基因，并将这些鉴定的miRNA基因收录于由剑桥大学的桑格（Sanger）研究中心开发的miRNA数据库miRBase中。miRBase已于2013年6月25日升级至目前最新的版本20.0。相对于版本19.0[2]，在新版本中，miRNA发夹结构前体序列升至24，521条，新增3千余条，成熟体miRNA序列升至30，424条，新增5千余条，其中人成熟体miRNA序列增加至2，578条，小鼠成熟体miRNA序列增加至1，908条。新版本报道的序列涵盖206个物种。

1.2 miRNA的产生

动物内，首先在RNA聚合酶II（Pol II）或聚合酶 III （Pol III）的作用下miRNA进行转录，得到初级转录本pri-miRNA（primary microRNA），其长度通常是1000bp左右。初级转录本pri-miRNA在细胞核中Drosha-DGCR8复合体（Microprocessor complex）作用下进行第一次剪切，加工成具有发夹结构的，长度约为70 nt的前体（miRNA precursor，pre-miRNA），这种发夹状结构的前体通常位于基因组基因间区、内含子或外显子区域。剪切之后，细胞核内生成的miRNA前体在转运蛋白Ran-GTP/ Exportin 5 的作用下由细胞核运输到细胞质，Ran-GTP能选择性绑定pre-miRNA并使其避免被外切核酸酶消化。在细胞质中，pre-miRNA被另一个核糖核酸酶III型酶Dicer识别并加工成长度约为22nt的成熟体miRNA，在加工Dicer蛋白的过程中离不开其PAZ结构域的支持，因为由Drosha蛋白切割产生的在3’端的两个核苷酸长度的悬垂碱基只有其PAZ结构域才能进行识别。而成熟体miRNA变成单链需要利用解旋酶，在RNA诱导的沉默复合物（RISC）中发挥作用。RISC/miRNP复合体中均含有一个Argonaute家族成员蛋白，指导miRNA与靶mRNA的相互作用。

1.3 miRNA的作用机制及功能

miRNA要想实现下调靶基因表达，通常会采取两种方式，一种是通过与靶mRNA之间的互补配对切割信使RNA，另一种是抑制翻译。依据不同的情况选择相适应的方法实现基因表达的目的，具体来说若miRNA与靶基因的匹配程度比较高的话，选择第一种调控基因的方式，反之，若miRNA与靶基因之间的匹配程度比较低的话，则会通过抑制其翻译方式来调控基因的表达[3]。在动物中miRNA通常与靶mRNA的3’非翻译区域以不完全配对方式结合，从而导致翻译抑制。动物中miRNA与靶mRNA匹配过程中，其5’端2～8bp的“种子区”（seed region）在抑制过程中作用不可或缺，其余部分也存在不同程度的影响。现阶段尽管很多物种中都发现了不同种类的miRNA基因，但是于此相关的研究还是寥寥无几。通过突变体表型和传统的基因筛选及定位克隆的方法，研究人员对部分miRNA靶标基因进行鉴定。生物信息学在miRNA的靶基因的预测和功能研究中起着重要的作用。根据预测，miRNA 能调控大约30%的蛋白质编码基因或更多，其中大部分靶标是转录因子或其他具有调控功能的基因，因此miRNA基因被认为是具有调控“调控基因”的功能，能精细调控基因的表达，参与癌症发生、小鼠的胚胎发育、神经元树突棘形态的形成和发育等各种重要性状的调控，甚至还与多种疾病的发生密切相关。

2 参与miRNA产生及功能行使的相关核心蛋白的研究进展

miRNA 的产生及功能行使的过程中，需要多种蛋白或者蛋白复合体的参与。这些蛋白家族涉及Drosha、Dicer、Argonaute 和 Exportin 5 等蛋白家族[1]。

2.1 RNase III型蛋白家族

在miRNA的生物合成过程中，Drosha和Dicer酶介导了前体miRNA及成熟体miRNA的产生。Drosha和Dicer酶均为RNase III家族的成员。RNase III即双链RNA特异性核酸内切酶，根据其结构组成，可以分为三类：第一类蛋白包含一个RNase III结构域 （RIIID）和一个双链RNA结合结构域 （dsRNA-binding domain，dsRBD），主要存在于细菌和酵母中。第二类蛋白包含相继的两个RNase III 结构域（RIIIDa 和 RIIIDb）和一个双链 RNA 结合结构域，该类蛋白及其同源蛋白主要存在于动物中，其分子量在 130～160kDa，N短较长，并且富含脯氨酸、丝氨酸和精氨酸，Drosha属于该类蛋白。第三类蛋白包含 Dicer及其同源物，这类蛋白包含两个 RNaseIII 结构域和一个双链 RNA 结合结构域，另外在长的 N末端还存在一个 RNA 解旋酶（helicase）结构域，DUF283 和 PAZ （Piwi/Argonaute/Zwille）结构域，该类蛋白在酵母、植物和动物中非常保守。虽然 Drosha 和 Dicer 都属于RNase III家族，但Drosha属于第二类 RNase III 型酶，而Dicer 属于第三类 RNase III 型酶。相对于Drosha蛋白，Dicer 蛋白中除了包含两个 RNase III 结构域，还多出一个PAZ结构域，该结构域对其功能至关重要。

2.2 Argonaute蛋白家族

在植物中最先发现的Argonaute蛋白家族，它不仅是目前研究相对较多的蛋白家族之一，也是基因沉默信号转导途径中最先被发现的蛋白家族。Argonaute 蛋白根据序列的同源性以及它们所结合的小RNAs，可以分为三个亚家族：AGO亚家族、Piwi亚家族及一个线虫特异性的WAGO亚家族[4]。其中AGO家族能够与非编码的miRNA和siRNA特异性结合，具有抑制翻译或降解蛋白产物的作用，被广泛的表达于各种动物、植物以及分裂的酵母体中。Piwi亚蛋白家族只存在于动物中，能特异地结合到一类长度为28～30个核苷酸的，与发生有关的小RNA（piRNA）。Piwi亚家族与种系特异性事件相关，如胚胎干细胞的维持和减数分裂等。WAGO亚家族仅仅存在于线虫中，且多存在于线虫Argonaute蛋白家族中。但WAGO亚家族与AGO和Piwi亚家族存在一定的区别，即WAGO蛋白缺乏保守性的DDH金属结合残基，表明其有一个独立剪切的功能。Argonaute 蛋白在物种间高度保守，且不同物种中数量不等，比如酵母中是一个、人和小鼠中都是八个、秀丽线虫中是二十七个等。

Argonaute蛋白是约100kD的碱性蛋白质，其成员都包含PAZ和PIWI两个结构域，另外还包含一个N-末端结构域和MID结构域。相关学者对原核生物的Argonaute蛋白进行研究，结果表明其中的PIWI结构域与RNaseH家族的核糖酶结构具有相似的功能。Argonaute蛋白中位于N端的PAZ结构域含有130个氨基酸，真核生物的PAZ结构域中央是一个β-bar-rel；一侧是两个N 端螺旋；另一侧是一个保守的组件：该组件由一个β-发夹和一个α-螺旋组成。PAZ属于一个结构域，是蛋白质和蛋白质结合形成的，但截至目前其功能还没有一个定论，比较普通的说明是其作用是调节蛋白质之间的同聚化与异聚化。发现具有PAZ结构域的Argonaute蛋白能结合到miRNA的3’末端。果蝇中两个Argonaute蛋白Ago1和Ago2与Dicer能发生免疫沉淀反应，但该反应是否需要依赖PAZ结构域还没有定论。Argonaute蛋白还有一个位于C端的PIWI结构域，该结构域含有300个氨基酸。Argonaute蛋白的结构首次被发现是对黑腹果蝇Argonaute2（DmAgo2）的PAZ结构域进行NMR和X线分析而获得的。PIWI结构域能指导miRNA与靶基因相互作用。一些Argonaute蛋白，它们的PIWI结构域具有剪切活性，活性位点包含一个DDH三联体结构域。需要注意的是一旦Argonaute蛋白中的天冬氨酸和组氨酸残基突变，其活性也就不存在了。

Argonaute蛋白一般位于细胞质中，主要功能通过结合一些小RNA，如siRNAs、miRNAs和piRNAs来发挥各种调节功能。Argonaute蛋白的PIWI结构域通常可以指导miRNA与靶mRNA相互作用，对于具有剪切活性的PIWI结构域能够促进靶 mRNA的降解，而有些 Argonaute 蛋白的PIWI结构域没有剪切活性，这时其作用是促进转录基因的沉默或者抑制 mRNA 的翻译。通常来说大部分的真核生物都含有多个多个Argonaute蛋白家族的成员，并且每个家族成员的作用或者功能不尽相同，比如人类中含有四个Argonaute 蛋白，虽然这些蛋白都可以结合miRNA和siRNA，但是介导对靶RNA的剪切只有Ago2可以做到。在小鼠成体的精母细胞和精原细胞中都存在着piwi同源物Mili，但是piwi同源物Miwi并未在两者中都有表达，只在精母细胞中表达。果蝇中含有5个Argonaute 蛋白家族成员，分别为Piwi、Aubergine、Ago1、Ago2 和Ago3，其中Ago1对于miRNA介导的靶RNA的剪切是必须的[5]，果蝇Ago2 基因组成RNAi过程中RISC的重要组成成份，Ago2突变会导致对dsRNA不产生RNAi的表型，也就是说Ago2对于由外源引入的dsRNA所产生的RNAi是必要的。研究还发现一些人类的Argonaute 蛋白与疾病相关，同时人中另一个piwi同源的基因Hiwi位于染色体不同位置也将影响着人类的健康，直接关系到生殖细胞肿瘤的发生与否。

2.3 Exportin 5蛋白家族

Exportin 5 是一种双链 RNA 结合蛋白，主要存在于细胞核内进行miRNA的运输，它具有介导 miRNA前体从细胞核进入细胞质的功能。Exportin 5除了能运输前体miRNA之外，也能运输其他的小RNA和相关的结合蛋白，如ILF3和JAZ等[6]。Exportin 5与一些tRNAs的运输过程也存在关联，如真核生物的基因组存在两个其它的旁系同源物，Exportin 1和 Exportin-T，其中Exportin 1能够特异地运输小核 RNAs （snRNAs），而Exportin-T能识别成熟的转运 RNAs（tRNAs）。通过对Hela 细胞中 Exportin 5进行 RNA干扰，发现其将导致成熟let-7含量的显著减少，推测其原因可能是有些物种如线虫中有同源物Exportin-T和 Exportin 1的原因，客观上说明了Exportin 5的重要性。Exportin 5蛋白参与的整个核转运过程主要是通过内嵌在核膜中的核孔复合体所介导。首先是可溶性的转运受体识别底物异的序列，接着通过与核孔复合体中核孔蛋白进行相互作用，然后再将底物运输至细胞质。在这个过程中，可溶性的转运受体大部分来自于一个独立的核转运受体家族，该家族在行使功能过程中有一个关键性的辅助因子即GTP酶，主要提供运输过程中的能量，一旦底物被转运出细胞核，则GTP将变为GDP，从而释放出底物。体内实验表明pre-miRNA的3’末端大约两个核苷酸长度的悬垂结构（UU），对于其出核是非常重要的。

miRNA因其独特的调节功能，使其成为当前生物科学领域研究的热点，miRNA的发现丰富了人们对蛋白质合成控制的认识，也是对基因调控理论的一个重要补充，实现了对靶mRNA分子更加全面细致的调节，更具时效性，展现了细胞内基因表达调控全方位多层次的网络系统。同时对中心法则中RNA次要的中介角色来说，miRNA的发现也是重要补充，基于此相关学者将重新思考细胞遗传调控及其发育等方面的重要问题。通过对miRNA及参与miRNA生物合成相关蛋白质的鉴定及特征分析，有利于我们深入理解这些蛋白的功能及其参与小RNA调控的机制，对阐明脊椎动物相关miRNA基因的起源、进化机制也具有深远的意义。

参考文献：

[1]Natalie J. T？ir？ik. Recent advances in the pathogenesis and diagnosis of liver fibrosis[J]. Journal of Gastroenterology. 2008 （5）.

[2]Griffiths-Jones S. miRBase： microRNA sequences and annotation. Curr Protoc Bioinformatics， 2010，Chapter 12：Unit 12 9 1-0.

[3]Valentina Libri，Pascal Miesen，Ronald P. Rij，Amy H. Buck. Regulation of microRNA biogenesis and turnover by animals and their viruses[J]. Cellular and Molecular Life Sciences. 2013（19）.

[4]FlorentCampo\Paysaa， MarieSémon， R. AndrewCameron，Kevin J.Peterson，MichaelSchubert. microRNA complements in deuterostomes： origin and evolution of microRNAs[J]. Evolution & Development. 2011（1）.