生物信息学研究进展精选(九篇)

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第1篇：生物信息学研究进展范文

 

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：生物信息学研究进展范文

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：生物信息学研究进展范文

关键词：石榴；二氢黄酮醇 4-还原酶（DFR）；生物信息学；理化性质；跨膜结构

中图分类号：Q811.4文献标识号：A文章编号：1001-4942（2013）04-0008-04

基于生物学试验数据，由分子生物学和信息科学技术相结合的生物信息学已成为后基因组时代用于揭示和探索生命奥秘的重要方法[8，9]。本研究采用生物信息学的方法，以石榴为重点，对红花石榴、粉花石榴、姜荷花、芍药、水母雪莲、大丽花、瓜叶菊和兰花等植物DFR核苷酸及相应氨基酸序列的外显子、理化特性、亲水性/疏水性和跨膜结构等进行预测和推断，以期为深入开展二氢黄酮醇4-还原酶的酶学特性、花色素苷生物合成的分子机制等提供理论依据。

1材料与方法

11数据

12方法

DFR基因核苷酸序列分析采用在线软件 GENE SCAN 进行；DFR基因编码蛋白的理化性质采用Protparam 预测；疏水性/亲水性采用ProtScale进行预测；跨膜结构域采用 TMPred 预测。各分析软件的网站见表 1。

2结果与分析

21核苷酸序列的外显子分析

一般认为，P 值表示分析结果为外显子的可能性，当 P>099 时为外显子可能性极高；050

22氨基酸序列的理化性质分析

利用在线分析软件Protparam分别对石榴、姜荷花、芍药、水母雪莲、大丽花、瓜叶菊和兰花等植物DFR氨基酸序列的理化性质进行分析，结果（表3）表明，这几种植物DFR氨基酸残基数差异较大，分别编码280～1 345个氨基酸残基不等。几种植物的分子量大小差异也较大，粉花石榴DFR分子量最小为36 2487 D，姜荷花DFR分子量最大为108 3167 D。等电点PI差异较小，均在5左右。几种植物中，含量最丰富的氨基酸是Ala、Gly、Cys和Thr，带正电荷和负电荷氨基酸数均为0。通常不稳定系数小于 40 时，预测对应蛋白质在试验中比较稳定，反之则不稳定。因此，除粉花石榴和红花石榴中DFR属于不稳定蛋白质外，其余均属于稳定蛋白。

23疏水性/亲水性的预测与分析

利用在线分析软件ProtScale的Kyte and Doolittle算法对二氢黄酮醇还原酶进行疏水/亲水性分析（正值表示疏水性，负值表示亲水性，介于+05～-05 之间主要为两性氨基酸）。结果（表4）表明，红花石榴（图1，其它几种植物的图片分析结果未列出）和粉花石榴的DFR蛋白存在明显的疏水区和亲水区，其中第141位最低，为-0222，第216位最高，值为2022，为亲水性蛋白。

3讨论与结论

通过在线分析工具和生物软件对红花石榴、粉花石榴、姜荷花、芍药、水母雪莲、大丽花、瓜叶菊和兰花等植物进行分析，结果表明这几种植物的DFR基因都存在1个外显子。氨基酸序列的理化性质分析表明，粉花石榴和红花石榴的二氢黄酮醇还原酶蛋白属于不稳定蛋白，其余几种植物属于稳定性蛋白。几种观赏植物DFR基因中，含量最丰富的氨基酸是Ala、Gly、Cys和Thr，这与陈大志等[8]在拟南芥等植物上得到的含量最丰富的氨基酸基本均为Ala、Glu、Leu、Lys和Val不一致，可能与物种自身的特性有关。除红花石榴和粉花石榴外，其它植物的蛋白质均为稳定蛋白质。

疏水性是20种氨基酸都固有的特性，即氨基酸远离周围水分子，将自己包埋进蛋白质核心的相对趋势，通过了解肽链中不同肽段的疏水性，可以对跨膜蛋白的跨膜结构域进行预测[11]。因此，疏水性/亲水性的预测和分析，对蛋白二级结构的预测及功能结构域的分选提供了重要的参考依据。本试验结果表明，几种植物DFR蛋白中亲水性氨基酸和疏水性氨基酸均匀分布在整条肽链中，亲水性氨基酸多于疏水性氨基酸，均为亲水性蛋白，存在疏水区和亲水区，疏水位点和亲水位点个数不同，这与肖继坪等[12]在马铃薯上的研究结果一致。

跨膜结构是蛋白质通过与膜内在蛋白的静电相互作用和氢键键合作用与膜结合的一段氨基酸片段，一般由 20 个左右的疏水性氨基酸残基组成，主要形成α- 螺旋[13～14]。本试验结果表明，几种植物DFR蛋白存在强烈推荐和可选择2种跨膜模型，存在不同数量的跨膜螺旋，这为正确认识和理解蛋白质的功能、结构、分类、方位及细胞中的作用部位等均有重要的意义。

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第4篇：生物信息学研究进展范文

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蜡样芽孢杆菌ATCC14579毒力基因plcR缺失株的构建及其一般特性

3株抗水稻和荔枝病原菌的海洋真菌的分离鉴定

斑鳢、乌鳢及其杂交种遗传差异的AFLP分析

孑遗植物中华桫椤2个群体遗传多样性的ISSR分析

新型超级细菌NDM-1可能全球蔓延

甘蓝SSR标记在近缘种青花菜的通用性及其应用

甘肃本地产当归、黄芪和大黄的rDNAITS序列分析

7份不同产地野生甜茶FTIR指纹图谱及其甜茶苷含量比较分析

响应面分析法优化家蚕1-脱氧野尻霉素的稀酸浸提工艺

云南省4种蕨类植物提取液的抑菌活性

商陆不同极性、根和茎提取物的抑菌性能分析

红颊草莓离体培养及其增殖过程中可溶性蛋白研究

金柑LEAFY同源基因克隆与全序列分析

去透明带体细胞核移植的牛囊胚质量检测

美国红鱼珠蛋白链的分离及其和α-珠-β蛋白基因的克隆

南宁吴圩国际机场春季鸟类研究

日粮纤维对生长猪生长性能和胴体组成的影响

百色市鸭疫里默氏杆菌病的流行病学及其病原的分离与鉴定

微胚乳超高油玉米几个性状的配合力研究

优质高产晚籼新组合博优258的选育与应用

氮肥运筹对晚稻产量和氮素利用率的影响

硼对烤烟硼、钾积累及碳氮代谢的影响

菜心耐Cd性的基因型差异及其机制研究

GIS、RS与3DSMAX在园林三维景观设计中的应用

高效液相色谱法测定发酵醪中的γ-氨基丁酸

丹参糖蛋白的提取精制及其理化性质研究

阴离子交换树脂固定化果胶酶及其酶学性质的研究

加快发展梧州市特色农产品产业化的研究

指纹图谱技术在动物肠道微生物多样性研究中的应用

第5篇：生物信息学研究进展范文

关键词 马铃薯；转录组测序；研究进展

中图分类号 S532 文献标识码 A 文章编号 1007-5739（2015）13-0081-01

马铃薯是继水稻、玉米、小麦的第四大粮食作物在我国马铃薯将启动主粮化战略。获取特定基因转录组测序信息对于了解马铃薯特定表型相关的基因表达情况尤其重要。转录组测序技术是用大规模测序技术直接对cDNA序列进行测序，使得其基因组区域序列的数量可以定量这一基因组区域的转录水平。其优点为成本低、通量高、灵敏度高，不需要克隆的步骤，操作简单，应用领域广，对于未知其基因组序列的物种或已知其基因组序列信息的物种，可得到低转录水平的表达基因[1]。

1 转录组测序技术及测序平台

截至目前，有3种转录组测序平台在使用Roche公司的454测序平台、ABI公司的SOLiD测序技术和Illumina公司的Solexa测序技术[2]。应用最早的高通量测序技术是454测序技术，为基于焦磷酸测序法的测序系统，测序原理是通过合成反应而测序。与其他2种测序技术相比，单次测序长度最长，可对未知基因组从头测序，通量较低，准确性低。因此，目前该技术已基本不用。SOLiD测序技术原理是使用连接法测序获得基于“双碱基编码原理”。相对其他2种测序方法，准确性最高，尤其适合单碱基变异的检测。但测序读长较短且受反应轮数限制，不利于从头测序后进行拼接。Solexa测序系统是全世界最先进、最经济的测序平台。优点为单次测序可得较大数据量，得到更高覆盖率，检测到较多低丰度转录本，且重现性高、误差小等，在有参考基因组序列的物种的转录组分析中占有优势。

2 转录组的测序和分析

对马铃薯合适的组织或器官进行总RNA的提取，样品经过检测合格之后，用磁珠富集 mRNA。随后用六碱基随机引物合成第1条cDNA链，加入缓冲液等合成第2条cDNA链。随后纯产物末端进行修复、测序接头的加A尾及进行连接。然后选择片段的大小，PCR富集获得所需的cDNA文库。测序仪对构建好的文库进行测序，原始数据进行过滤、处理及质量评估，已知参考基因组进行序列信息比对，可变剪切分析、差异表达基因分析和差异基因功能注释分析等。

3 马铃薯转录组的应用

3.1 发现新基因

目前，基因组测序的功能注释还不够完备，而对基因优化可以通过转录组测序技术进行，深入比较分析已知基因组注释模型与转录组测序结果可以挖掘该物种的新基因及完善其基因组的注释。张 琳等[3]通过对模式植物拟南芥3个发育阶段的种子进行转录组测序和生物信息学分析，已有基因注释与其高丰度转录区域比较发现，几个基因的注释进行了补充修改完善，结果预测了2个新基因。同样，对马铃薯转录组进行测序分析能够发现新基因。

3.2 差异基因筛选

截至目前，基因功能的分类有KEGG功能和GO功能。基因的功能注释为在已有数据库中未知基因序列进行相似性分析，推测其未知的基因功能。有报道利用花生不同发育期的地下部果针及地上部果针进行转录组测序。结果进行GO功能和KEGG代谢通路分析，以及基因的差异表达分析，结果表明，在差异表达的基因中地下部果针和地上部果针都有转录本差异的表达显著上调。在地上部果针中与光合和衰老相关的基因表达是显著性上调的，其基因可能是阻止果针膨大进而导致败育的。马铃薯的转录组研究也存在着差异基因的显著上调和下调，这为筛选马铃薯不同品种的差异基因提供依据[4-5]。

3.3 遗传育种

转录组的分子遗传育种是在转录组测序的序列水平及表达量水平进行分析，转录组测序针对基因组外显子区域上的编码序列进行测序，筛选丢弃了没有编码功能的内含子区，对了解基因通过相互作用创造复杂的表现型提供更加直接的依据。有研究对栽培番茄品种及其野生近缘种进行转录组的测序，结果表明，在基因的序列水平和表达水平上野生种和栽培种存在着变异。其转录组分析表明进化瓶颈对其的影响，在人工栽培的红色果肉的番茄及野生近缘品种的绿色果肉番茄中与果色相关的基因表现为快速进化，结果显示野生近缘番茄和人工栽培番茄存在着自然选择和人工选择的广泛影响。马铃薯不同品种的转录组分析表明，人工选择和环境条件的变化是马铃薯品种对抗感病的选择[6-7]。

4 展望

目前，转录组测序技术已在医学和农学等基础研发领域获得广泛的应用。马铃薯的转录组测序利用范围也比较广，包含不同的环境条件下，不同的发育阶段，不同的器官组织及其野生近缘种等。研究方向是抗病新基因发现、免疫互作、遗传育种等方面。在未来，转录组测序应用于马铃薯的前景会非常广阔，因为测序技术的不断发展和生物信息学分析其测序结果会越来越真实可靠。

5 参考文献

[1] 周华，张新，刘腾云，等.高通量转录组测序的数据分析与基因发掘[J].江西科学，2012，30（5）：607-611.

[2] 梁烨，陈双燕，刘公社.新一代测序技术在植物转录组研究中的应用[J].遗传，2011，33（12）：1317-1326.

[3] 张琳.拟南芥种子发育过程转录组深度测序数据的分析[D].福建：福建农林大学，2011.

[4] 黄小花，许锋，程华，等.转录组测序在高等植物中的研究进展[J].黄冈师范学院学报，2014（6）：28-35.

[5] 许波，张伟强，冯晓曦，等.转录组测序技术在玉米中的应用研究进展[J].玉米科学，2014（1）：67-72.

第6篇：生物信息学研究进展范文

【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7篇：生物信息学研究进展范文

关键词：樱桃；CBF基因；克隆；序列分析

中图分类号：S662.503.4文献标识号：A文章编号：1001-4942（2014）10-0012-04

3结论

植物CBF/DREB类基因在非生物逆境响应

过程中具有重要功能。本研究成功克隆了樱桃砧木吉塞拉6号CBF基因的全长，并对其进行序列和遗传进化分析。该试验结果为进一步研究樱桃CBF基因的功能及冷诱导途径奠定了基础，也为该种樱桃的抗寒能力研究和抗冷系育种提供了理论依据。

参考文献：

[1]孔旭.中国果树栽培学[M]. 北京： 农业出版社，1987： 558-559.

[2]俞德浚.落叶果树分类学[M].上海：上海科学技术出版社，1984：114-125.

[3]于亚军，代汉萍，李宝江，等. 世界樱桃育种进展[J]. 果树学报，2003，20（2）：135-139.

[4]王洋， 胡吉吉， 王崇英. 拟南芥CBF/DREB 途径的研究进展及其在植物基因工程中的应用[J]. 生物物理学报， 2007，23（2）： 101-108.

[5]郭喜英，韦正乙，邢少辰，等.转录激活因子CBF与植物的抗胁迫能力[J].分子植物育种，2006，4（3）：419-424.

[6]陈新，王贵禧，梁丽松，等. 平榛冷适应相关基因CBF的克隆及时空表达特性分析[J]. 林业科学，2012，48（1）：167-172.

[7]张建朋，张士刚，陈新，等.麻核桃CBF基因的克隆与生物信息学分析[J].山东农业科学，2013，45（11）：7-11.

[8]Champ K I，Febres V J，Moore B D. The role of CBF transcriptional activators in two Citrus species （Poncirus and Citrus） with contrasting levels of freezing tolerance[J]. Physiologia Plantarum，2007，129（3）：529-541.

[9]Benedict C，Skinner J S，Meng R，et al. The CBF1-dependent low temperature signalling pathway，regulon and increase in freeze tolerance are conserved in Populus spp. [J]. Plant Cell Environ.， 2006，29（7）：1259-1272.

[10]Gilmour S J，Zarka D G，Stockinger E J，et al. Low temperature regulation of the Arabidopsis CBF family of AP2 transcriptional activators as an early step in cold-induced COR gene expression[J]. The Plant Journal，1998，16（4）：433-442.

[11]Okamuo J K，Caster B，Villarroel R，et al. The AP2 domain of APETALA2 defines a large new family of DNA binding proteins in Arabidopsis[J]. Proc. Natl. Acad. Sci. USA， 1997，94（13）：7076-7081.

第8篇：生物信息学研究进展范文

秦岭火地塘林区外生菌根真菌的初步调查

观赏植物菌根真菌多样性研究进展

生殖细胞早期发生与减数分裂启动调节机制的研究进展

节水灌溉制度对冬小麦品质和产量的协同调控效应

COⅠ基因不同片段在苹果小卷叶蛾遗传分化中的应用研究

几种苹果矮化砧木的抗寒性研究

大白菜花青素含量及色差指标相关性研究

蔬菜作物轮作对嫁接西瓜植株生理代谢与生长的影响

条斑紫菜Rab1基因的克隆与生物信息学分析

n-3多不饱和脂肪酸脱氢酶基因fat-1在人肺癌细胞H460内的表达

四种药物对路氏锥虫的体外杀灭效果试验

鱼肠道弧菌免疫检测方法的研究

碳含量不同对ZrO_2-C复合材料抗保护渣侵蚀性能的影响

基于改进的相似度判别的气象传真图底图去除方法

一种高效率的PFC无源无损缓冲电路

微芯片电泳分离和化学发光检测联用的微型化体系的研究

青岛农大培育的旱地小麦新品种“青麦7号”亩产破600kg

青岛农业大学引种繁育加拿大大海带获成功

丛枝菌根真菌对番茄植株内源激素含量的影响

中国牡丹主栽培区根围土壤中的丛枝菌根真菌的分离鉴定

花生组培苗嫁接技术的研究

青岛农大4个玉米新品种成功转让1500多万元

不同灌水处理对冬小麦产量品质的影响

低温胁迫对葡萄品种梅鹿辄和贝达活性氧代谢的影响

苹果组织总RNA提取方法的比较研究

条件培养基对昆虫细胞BTI-Tn5B1-4及克隆株特性的影响

根结线虫卵寄生真菌蜡蚧菌(Lecanicilliumlecanii)产生的几丁质酶活性

热应激条件下小鼠组织HSP70基因表达谱的研究

拯救新城疫病毒LaSota株辅助质粒的构建

水貂生长激素基因重组腺病毒的构建

青岛农大召开学科建设暨科技工作大会重奖科技功臣

斑点叉尾鮰气单胞菌的分离与鉴定

单养和混养模式下三角帆蚌养殖池昼夜塘溶氧波动特征

基于MSP430F149的便携式温湿度监测仪的设计

图像去噪的自适应插值小波算法

基于组态王和PLC的电梯控制系统设计

滨蒿内酯的合成及其农用生物活性研究

不同脂肪的降解和吸收规律及其对奶牛瘤胃pH和NH_3-N浓度的影响

两种激素组合对小鼠超排的影响及其效果的比较

牙鲆外周血淋巴细胞的培养及染色体制备条件的探讨

氨氮和硫化氢对三疣梭子蟹幼体生长和变态发育的影响

甘西鼠尾草提取物抗氧化活性的初步研究

无花果叶中抑菌活性成分—补骨脂素的研究

琼脂混粉法的建立及其在植物叶片化感活性测定中的应用

保护地蔬菜枯萎病生防菌的筛选

黄河三角洲水库底泥中氮、磷特征及其与水体磷富营养化关系

长期定位施肥对冬小麦生育后期旗叶衰老性状的影响

Ca2+参与GABA促进白三叶种子萌发的信号转导

填闲作物对日光温室土壤理化性状及黄瓜产量的影响

蜡状芽孢杆菌菌株TR2对氯氰菊酯降解作用的小区试验

温室水培番茄树光合特性的研究

青岛市城阳区主要绿化树种滞尘效益研究

嗜热侧孢霉产CMCase液体发酵培养基的优化

第9篇：生物信息学研究进展范文

【关键词】生物信息学 宏基因组 高通量测序

宏基因组（Metagenome）是1998年由Handelsman等人正式提出，定义为特定生物环境中全部微生物遗传物质的总和。宏基因组学通过直接从环境样品中提取全部微生物的遗传物质DNA，利用第二代测序技术，得到高通量宏基因组数据，并结合微生物基因组学的研究成果，分析环境样品所包含的全部微生物的群落组成及其结构功能。高通量宏基因组数据在基础微生物学、水体、土壤、农业、医学研究等领域都显示出了重要价值[1]。

1宏基因组学研究方法

宏基因组学的研究方法主要有：环境样本的采集、宏基因组DNA的提取，高通量测序、所得序列的比对检索分析，以及进一步进行微生物物种结构和功能分析。其中，提取DNA要尽可能地提取出样品中所以微生物的基因且保持基因片段的完整，目前的提取方法主要有直接裂解法和细胞提取法。随着第二代测序技术的发展，宏基因组数据呈现出序列短小、通量巨大的特点，一方面蕴含更为丰富的环境微生物遗传物质信息，极大拓展了微生物学研究与应用领域，另一方面也为分析处理带来前所未有的挑战。

2宏基因组学的应用

在短短几年内，高通量宏基因组数据研究已渗透到各个领域，包括基础微生物学、海洋学、土壤学、医学等，并在医药、替代能源、环境修复、生物技术、农业、生物防御及伦理学等各方面显示了重要的价值[2]。

2.1基础微生物学研究

宏基因组为基础微生物学研究打开了新局面，得以快速准确地探测新基因、发现新物种（如未知病原体等）以及准确认识微生物群落的物种构成及其功能结构。由于自然界中大多数微生物物种及其生物量是未知的，其中大量微生物采样困难、培养效率低下，这极大限制了传统微生物学的研究与发展，而高通量宏基因组数据的产生则突破了这一束缚。通过分析高通量宏基因组数据，包括序列比对、De Novo组装、GO分析等等技术，无需经过提纯培养，就能探测新基因、新物种，为微生物环境工程、疾病诊断治疗奠定基础。

2.2海洋学和土壤学研究

海洋和土壤中包含大量微生物，它们与生态环境关系密切。目前通过采用土壤、海水等环境样品，获取高通量宏基因组数据，探测其中微生物的组成及功能分布，能够对导致生态环境变化的因素有更深入的认识。如利用来自海洋石油污染区的微生物高通量宏基因组数据，分析其微生物相对丰度，可以有效探测石油降解细菌及其生态关系网，为污染治理提供新思路。利用来自豆类植物附近土壤测取的宏基因组数据，分析其中固氮菌含量及其关联因素，有助于设计提高豆类产量种植模式。高通量宏基因组数据为认识复杂的微生物群落构成及其功能提供了可能，且必将在研究生物多样性和微生物环境工程中发挥重要作用[3]。

2.3医学研究领域

高通量宏基因组数据在现代医药学中扮演着极其重要的角色，一方面通过疾病样本的宏基因组分析，可以确定病原体或致病基因及其与其他因素之间的关联，为疾病治疗提供可能；另一方面利用宏基因组数据筛选在医药业中具有重要应用价值的基因及其产物，促进医药发展。如利用取自不同牙周炎病况病人口腔高通量宏基因组数据，分析处理得到各样本微生物相对丰度数据，比较不同牙周炎病况下的微生物整体分布情况，揭示出牙周炎与口腔微生物群落的生物多样性和关联网络之间有显著联系。

3结语

随着高通量测序技术的迅猛发展，宏基因组分析已经成为探索自然环境中微生物物种和功能组成的重要手段之一，是研究微生物群落的利器。宏基因组分析手段无需经过复杂严苛的实验室培养过程，直接利用第二代高通量测序技术，快速产生成千上万的自然微生物DNA序列的短读片。但是高通量宏基因组数据也给研究带来挑战。它呈现出序列短小、通量巨大的特点。此外，高通量测序技术的准确率低于传统测序技术，亟需完善的概率统计模型和有效的算法实现[4]。

在应用前景方面，随着组合生物合成技术和纳米技术迅速发展，可以考虑将宏基因组学技术与之结合，利用纳米技术人工合成由宏基因组学的方法探测所得新兴基因，促进天然活性产物的开发及挖掘，进一步促进微生物工程的发展。

参考文献：

[1]许忠能著.生物信息学[M].北京： 清华大学出版社，2009.

[2]贺纪正，张丽梅，沈菊培 等.宏基因组学的研究现状和发展趋势[J].环境科学学报，2008，28（2）： 209-218.