生物信息學(xué)的重要性精選(九篇)

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第1篇：生物信息學(xué)的重要性范文

【關(guān)鍵詞】離散數(shù)學(xué) 生物信息專業(yè) 本科教育

【中圖分類號】O158 【文獻(xiàn)標(biāo)識碼】A 【文章編號】2095-3089（2012）10-0243-01

1.引言

21世紀(jì)是“生命科學(xué)的世紀(jì)”，隨著實驗技術(shù)的突飛猛進(jìn)，人類對生命現(xiàn)象的理解也越來越深入，國內(nèi)各大實驗室和科研機(jī)構(gòu)正在進(jìn)行大規(guī)模的濕實驗，產(chǎn)生的實驗數(shù)據(jù)量驚人，已經(jīng)突破傳統(tǒng)的實驗科學(xué)研究的范圍。從20世紀(jì)末，伴隨著人類基因組計劃的開展，許多計算機(jī)科學(xué)家，應(yīng)用數(shù)學(xué)家，物理學(xué)家都參與系統(tǒng)處理和分析涌現(xiàn)的大量實驗數(shù)據(jù)的研究中，并形成了一個新的交叉學(xué)科“生物信息學(xué)”。生物信息學(xué)在近二十年來得到快速的發(fā)展，在國內(nèi)外知名院校的研究生教育中已經(jīng)開展了生物信息學(xué)課程。近些年，國內(nèi)各知名院校相繼開設(shè)了生物信息學(xué)本科專業(yè)，專門培養(yǎng)生物信息學(xué)人才。然而在本科生物信息學(xué)課程規(guī)劃和設(shè)計方面，各個學(xué)校都處在探索階段，本文淺談將離散數(shù)學(xué)作為生物信息專業(yè)基礎(chǔ)課設(shè)立的必要性，課程設(shè)計和規(guī)劃，及在教學(xué)中遇到的問題和體會等幾個方面。

2.離散數(shù)學(xué)在生物信息學(xué)專業(yè)開展的必要性

生物信息學(xué)是生命科學(xué)、計算機(jī)科學(xué)和數(shù)學(xué)相交叉所形成的新學(xué)科，因而生物信息學(xué)的專業(yè)基礎(chǔ)的課的設(shè)置比較復(fù)雜。 雖然這三個傳統(tǒng)學(xué)科的基礎(chǔ)課的設(shè)置可以作為生物信息學(xué)課程設(shè)置的參考，然而他們每個學(xué)科的知識量非常大，如何在本科階段的基礎(chǔ)課階段精選出合理的課程體系，讓生物信息學(xué)專業(yè)的學(xué)生在兩年內(nèi)掌握三個學(xué)科的基礎(chǔ)知識，并能較好的與后續(xù)學(xué)習(xí)的專業(yè)課結(jié)合上是目前生物信息學(xué)本科教育的一個急需解決的問題。 生物信息學(xué)專業(yè)從無，到課程體系的基本構(gòu)建完成大概經(jīng)歷十年左右的時間，具有相關(guān)專業(yè)的院校都進(jìn)行了有益的探索，特別是在本科教育前兩年基礎(chǔ)課授課的內(nèi)容已經(jīng)基本完成。 哈爾濱醫(yī)科大學(xué)生物信息科學(xué)和技術(shù)學(xué)院是國內(nèi)首個開設(shè)生物信息學(xué)本科專業(yè)的學(xué)院，在過去近十年的本科教育中積累豐富的經(jīng)驗，并進(jìn)行了多次教學(xué)討論和改革。 隨著計算機(jī)科學(xué)的快速發(fā)展，離散數(shù)學(xué)這個古老的學(xué)科又重新煥發(fā)了青春，并在現(xiàn)代數(shù)學(xué)中得到了快速的發(fā)展，它已經(jīng)成為了計算機(jī)科學(xué)和數(shù)學(xué)兩個學(xué)科教學(xué)的核心課程， 并成為了我院生物信息學(xué)專業(yè)的基礎(chǔ)教學(xué)的一門重要課程。結(jié)合近些年，在生物信息專業(yè)教授離散數(shù)學(xué)的過程，深刻體會到離散數(shù)學(xué)在本科基礎(chǔ)教學(xué)中開設(shè)的必要性。離散數(shù)學(xué)是指研究離散量的結(jié)構(gòu)及其相互關(guān)系的綜合學(xué)科。離散數(shù)學(xué)的重要性逐漸被人們認(rèn)識，從理論計算機(jī)科學(xué)到計算機(jī)應(yīng)用，從計算機(jī)的硬件和軟件開發(fā)到人工智能和人工識別，無處不在體現(xiàn)著離散數(shù)學(xué)包含的思想和方法。而生物信息學(xué)研究中核心的工具是計算機(jī)，培養(yǎng)生物信息學(xué)專業(yè)學(xué)生利用計算機(jī)這個強(qiáng)大和有效的工具解決實際問題是基礎(chǔ)課設(shè)過程中需要考慮的重要方面。離散數(shù)學(xué)因為在計算機(jī)科學(xué)中獨(dú)特的地位，使得它已經(jīng)成為生物信息學(xué)專業(yè)必不可少的一門基礎(chǔ)課。

3.離散數(shù)學(xué)的課程規(guī)劃和設(shè)計

由于生物信息學(xué)是一個多學(xué)科的交叉的專業(yè)，因而離散數(shù)學(xué)的課程規(guī)劃和設(shè)計是不可能如計算機(jī)專業(yè)和數(shù)學(xué)專業(yè)那樣分成幾門課程：組合數(shù)學(xué)，圖論，數(shù)理邏輯和運(yùn)籌學(xué)等分別授課，這樣會導(dǎo)致學(xué)生的學(xué)業(yè)負(fù)擔(dān)過重，而且是難以實現(xiàn)的。因而需要根據(jù)學(xué)生認(rèn)知規(guī)律，從數(shù)理邏輯，組合數(shù)學(xué)，圖論和運(yùn)籌學(xué)精簡一部分和生物學(xué)信息學(xué)及計算機(jī)程序設(shè)計密切相關(guān)的內(nèi)容進(jìn)行講授。講授的時間一般應(yīng)在本科階段第三個學(xué)期。 此時，與數(shù)學(xué)相關(guān)的基礎(chǔ)課高等數(shù)學(xué)，計算機(jī)科學(xué)相關(guān)的計算機(jī)理論基礎(chǔ)、C語言，及生命科學(xué)相關(guān)的分子生物學(xué)等課程已經(jīng)講授完畢，離散數(shù)學(xué)的授課將可以和這些基礎(chǔ)知識結(jié)合，促進(jìn)對離散數(shù)組的分析研究的認(rèn)識，并對后續(xù)的計算機(jī)程序設(shè)計課程的開展打下堅實的基礎(chǔ)。

離散數(shù)學(xué)的課程設(shè)計的總學(xué)時一般為72學(xué)時，分為理論課和實驗課兩部分。理論課一般為56學(xué)時，計算機(jī)實驗課為16學(xué)時。由于生物信息學(xué)是一門側(cè)重應(yīng)用型的專業(yè)，因而理論課和實驗課，可以實現(xiàn)理論和實踐的有效結(jié)合，把數(shù)學(xué)知識轉(zhuǎn)化成解決問題的有效工具。由于離散數(shù)學(xué)中包含的內(nèi)容較多，因而需要數(shù)理邏輯，組合數(shù)學(xué)，圖論和運(yùn)籌學(xué)的基礎(chǔ)知識進(jìn)行精簡?；A(chǔ)課中，數(shù)理邏輯一般授課為8學(xué)時，重點講授集合論知識；組合數(shù)學(xué)是授課的重點，課時數(shù)為24學(xué)時，重點講授組合計數(shù)和排列組合的生成算法等基礎(chǔ)知識；圖論是側(cè)重應(yīng)用部分，授課學(xué)時數(shù)為12學(xué)時，授課重點為無向圖和有向圖的基本概念及最短道路和最小生成樹的搜索算法的知識；運(yùn)籌學(xué)方面的授課學(xué)時為12學(xué)時，授課重點為線性的最優(yōu)化的理論知識。實驗課是對學(xué)生學(xué)習(xí)理論知識的有效檢驗和升華，可以調(diào)動學(xué)生的學(xué)習(xí)積極性和熱情，實驗課共16學(xué)時，可分為4次，每次4學(xué)時。實驗課內(nèi)容可設(shè)為：排列組合生成算法，最短道路搜索算法，最小生成樹的搜索算法和二次線性規(guī)劃的搜索算法的實現(xiàn)，實驗課順利開展便于培養(yǎng)學(xué)生的動手能力和學(xué)習(xí)的自信心。

4.教學(xué)實踐及體會

在講授離散數(shù)學(xué)的過程中，深刻體會離散數(shù)學(xué)具有知識點多及交互性強(qiáng)的特點，因而在授課過程中不可能把每一個知識點講細(xì)，面面俱到。教師授課應(yīng)力求“講思想，講重點，講方法，講體會”，應(yīng)該充分相信學(xué)生的自學(xué)能力和探索的潛力，著重培訓(xùn)學(xué)生的探索發(fā)現(xiàn)的能力，給學(xué)生一個足夠大的思想空間，培訓(xùn)學(xué)生獨(dú)立解決問題的能力。由于離散數(shù)學(xué)的發(fā)展目前處于活躍期，很多新的知識正不斷補(bǔ)充進(jìn)來，而且這些知識和現(xiàn)實中存在的問題能夠結(jié)合，從而要求教師需要不斷學(xué)習(xí)和進(jìn)修，提高自己的數(shù)學(xué)修養(yǎng)，來引導(dǎo)學(xué)生更好的學(xué)習(xí)離散數(shù)學(xué)，為生物信息學(xué)相關(guān)的其他課程打下一個良好的基礎(chǔ)。

參考文獻(xiàn)：

第2篇：生物信息學(xué)的重要性范文

論文摘要：研討式教學(xué)模式將研究與討論貫穿于教學(xué)的全過程，有助于調(diào)動學(xué)生的積極性、加深對知識的理解、增進(jìn)學(xué)習(xí)效果。通過確立授課目標(biāo)、精心設(shè)計和組織授課內(nèi)容、在實踐中不斷總結(jié)經(jīng)驗，在“生物信息學(xué)”的授課過程中對研討式教學(xué)模式進(jìn)行了探索和實踐。

論文關(guān)鍵詞：生物信息學(xué)；課堂研討；案例分析

21世紀(jì)是生命科學(xué)的世紀(jì)，生物技術(shù)飛速發(fā)展，生物學(xué)數(shù)據(jù)大量積累。而生物信息學(xué)正是在這種大背景下蓬勃興起的交叉型學(xué)科，旨在用信息學(xué)方法解決生物學(xué)問題。為了培養(yǎng)復(fù)合型人才，大力發(fā)展交叉學(xué)科，國防科技大學(xué)（以下簡稱“我?！保┙陙砻嫦蛉＠砉た蒲芯可_設(shè)了“生物信息學(xué)”選修課程。

“生物信息學(xué)”作為新興的交叉學(xué)科，具有融合性、發(fā)展性和開放性的特點。融合性是指生物信息學(xué)涉及的生物、計算機(jī)、數(shù)學(xué)等多個學(xué)科的交叉與融合。從20世紀(jì)90年代到現(xiàn)在，該學(xué)科發(fā)展非常迅速，研究熱點發(fā)生了數(shù)次改變。開放性是指該學(xué)科存在大量有待探索和研究的新問題。這些特點一方面為課堂教學(xué)提供了大量的主題和素材，一方面也對授課方式提出了較高的要求。經(jīng)過認(rèn)真分析，選定研討式教學(xué)作為該課程的主要授課方式。研討式教學(xué)即研究討論式教學(xué)，是將研究與討論貫穿于教學(xué)的全過程。在教師的具體指導(dǎo)下，充分發(fā)揮學(xué)生的主體作用，通過自我學(xué)習(xí)、自我教育、自我提高來獲取知識和強(qiáng)化能力培養(yǎng)。通過確立教學(xué)目標(biāo)，精心設(shè)計和組織教學(xué)內(nèi)容，在實踐中貫徹研討式教學(xué)理念和方法，在生物信息學(xué)課程中對研討式教學(xué)模式進(jìn)行了理論探索和實踐創(chuàng)新。

一、教學(xué)目標(biāo)的確立

合理的課程目標(biāo)與定位是決定課程建設(shè)成敗和教學(xué)效果的基礎(chǔ)，其主要依據(jù)是人才培養(yǎng)需求和授課對象的實際情況。首先，教學(xué)對象是研究生，已具備一定的自主學(xué)習(xí)和創(chuàng)新思維的能力。教師不僅要傳授知識，而且要講解基本的研究方法，讓學(xué)生具備獨(dú)立思考問題、分析問題和解決問題的能力。其次，作為軍校學(xué)生，以后從事的工作可能涉及很多學(xué)科方向，展現(xiàn)如何針對一門新的學(xué)科方向進(jìn)行研究的整體思路顯得很有意義。最后，考慮到學(xué)生不同的知識背景，對于各部分內(nèi)容的理解程度不同，必須兼顧不同的專業(yè)方向，讓每個學(xué)生都能有所收獲。因此，確立教學(xué)目標(biāo)為：介紹生物信息學(xué)的基本概念和方法，通過案例分析展現(xiàn)科學(xué)研究的基本方法和實踐過程。

二、教學(xué)內(nèi)容的設(shè)計和組織

1.教學(xué)內(nèi)容的總體設(shè)計

確定了教學(xué)目標(biāo)之后，需要對課程的教學(xué)內(nèi)容進(jìn)行總體設(shè)計。參考國內(nèi)外多所高校的相關(guān)課程設(shè)置，如北京大學(xué)的“生物信息學(xué)導(dǎo)論”、中科大的“生物信息學(xué)”、中科院的“生物信息學(xué)與系統(tǒng)生物學(xué)”和MIT的“Bioinformatics and Proteomics”等，發(fā)現(xiàn)這些課程主要是針對生物專業(yè)的學(xué)生開設(shè)，側(cè)重于方法學(xué)介紹。而我校學(xué)生大部分是工科背景，對于統(tǒng)計和機(jī)器學(xué)習(xí)方法有一定基礎(chǔ)，重點是了解相關(guān)的生物學(xué)問題，并應(yīng)用已有的工科知識去分析和解決這些問題。同時，隨著生物信息學(xué)的快速發(fā)展，研究領(lǐng)域不斷擴(kuò)大，有必要展現(xiàn)該學(xué)科的最新進(jìn)展。

因此，課程內(nèi)容總體設(shè)計上以生物學(xué)問題為主線，結(jié)合最新的研究成果，對各種計算方法的應(yīng)用過程進(jìn)行深入和細(xì)致的講解。在介紹生物信息學(xué)的研究現(xiàn)狀和生物學(xué)基礎(chǔ)知識之后，分多個專題詳述生物信息學(xué)最新的研究進(jìn)展，各專題在內(nèi)容上相互銜接，由淺入深，以便學(xué)生理解和接受。以問題為導(dǎo)向的課程設(shè)計對于啟發(fā)學(xué)生思考，積極參與課堂研討具有重要作用。

進(jìn)一步，為了突出部分重點專題及其分析方法，采用案例分析課的形式，針對一些重要問題進(jìn)行深入探討。鼓勵學(xué)生應(yīng)用所學(xué)知識，結(jié)合自身的專業(yè)背景，通過積極地思考和討論提出相應(yīng)的解決方案。案例選擇為教師有一定研究基礎(chǔ)的開放性問題，一方面介紹已有的研究成果，一方面結(jié)合教師的研究體會，通過積極討論拓展新的研究思路。案例分析課有助于學(xué)生更多地參與課堂研討，對于知識的綜合應(yīng)用和科學(xué)研究過程產(chǎn)生切身體會。

2.教學(xué)內(nèi)容的組織

研討式教學(xué)的關(guān)鍵是調(diào)動學(xué)生的積極性，鼓勵學(xué)生踴躍地參與課堂討論，提出自己的觀點。通過集中備課，學(xué)習(xí)和吸取老教師的成功經(jīng)驗，總結(jié)調(diào)動學(xué)生積極性的基本要素，對授課內(nèi)容進(jìn)行了認(rèn)真的組織和編排。

（1）重點突出，詳略得當(dāng)。由于生物信息學(xué)涵蓋內(nèi)容非常豐富，有必要對課程內(nèi)容進(jìn)行取舍，在保證知識面的基礎(chǔ)上，突出授課的重點。減少或刪除重要性較低的部分，采用圖片和動畫等形式對重要的知識點加以強(qiáng)調(diào)，以深化學(xué)生的理解。只有學(xué)生對重點內(nèi)容理解透徹，才能激發(fā)出濃厚的學(xué)習(xí)興趣，積極參與課堂研討，碰撞出智慧的火花。

（2）新穎有趣，實例豐富。在課程內(nèi)容上應(yīng)充分體現(xiàn)知識性和趣味性，以豐富的實例展現(xiàn)生物信息學(xué)中基本的概念和方法。學(xué)生往往關(guān)注與日常生活休戚相關(guān)的內(nèi)容，期望能用所學(xué)知識解釋常見現(xiàn)象，因此實例選擇應(yīng)貼近生活體驗。課件中準(zhǔn)備了大量的實例，例如，在講完構(gòu)建進(jìn)化樹之后，舉例說明為什么人類的祖先是從非洲走出來的；在生物代謝一章，通過賣火柴的小女孩的故事闡釋生物代謝過程的高效性；在蛋白質(zhì)結(jié)構(gòu)部分，討論為什么濕著頭發(fā)睡覺，頭發(fā)容易變翹。通過實例分析，增加學(xué)生對于所學(xué)知識的理解和參與課堂研討的積極性。

（3）設(shè)置思考題，留出想象空間。針對重要的知識點，預(yù)先設(shè)置思考題，以啟發(fā)和擴(kuò)展學(xué)生思路。生物信息學(xué)作為一門新興學(xué)科，存在大量沒有確定結(jié)論的開放性問題，有待深入探究。例如“人類與小鼠的基因組差別很小，為什么形態(tài)上有那么大的差別”，“生物系統(tǒng)模擬中，是否越復(fù)雜的模型越好”。針對這些問題適時地開展課堂研討，有助于激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣，開闊其視野。

三、研討式教學(xué)的開展

在授課過程中，教師應(yīng)努力營造活躍的課堂氣氛，密切觀察學(xué)生的動向，及時溝通存在的問題，選擇合適的時機(jī)開展課堂研討。不斷地積累經(jīng)驗，使課堂討論達(dá)到更好的效果。在開展課堂研討時，尤其應(yīng)注意以下幾點：

1.因材施教

在“生物信息學(xué)”課程中，學(xué)生的專業(yè)背景不盡相同，少部分學(xué)生來自生物專業(yè)，其他大部分是工科背景，如自動化、計算機(jī)仿真和認(rèn)知科學(xué)等。因此，在主題的選擇和研討環(huán)節(jié)的設(shè)計上，應(yīng)充分考慮到學(xué)生的需求和背景知識，發(fā)掘大家共同的興趣點。實踐證明，不同的學(xué)科背景可以有效地促進(jìn)交流，提供對于同一問題的不同視角。例如，生物專業(yè)的學(xué)生可以解釋有關(guān)生物技術(shù)的問題，而仿真專業(yè)的學(xué)生對于系統(tǒng)的建模方法有深入的理解。有效的課堂討論，能夠促進(jìn)各種思路的融合，碰撞出靈感的火花。

2.及時溝通

研討式教學(xué)需要教師對授課整體情況有較好的把握。例如，有一章的內(nèi)容是生物學(xué)基礎(chǔ)，教師針對這部分內(nèi)容進(jìn)行了充分準(zhǔn)備，包括大量的圖片和動畫，并穿插了很多科學(xué)家的故事。但授課效果不盡理想，到了預(yù)設(shè)問題的環(huán)節(jié)，只有一兩個學(xué)生參與討論，大部分學(xué)生都一臉茫然。通過及時溝通，發(fā)現(xiàn)了兩個問題。一是背景知識不夠，學(xué)生對于預(yù)設(shè)問題了解不多；二是重要性認(rèn)識不足，學(xué)生認(rèn)為生物學(xué)的基礎(chǔ)知識與本課程的學(xué)習(xí)關(guān)系不大。考慮到學(xué)生的疑問，對授課內(nèi)容進(jìn)行及時調(diào)整，進(jìn)一步強(qiáng)調(diào)所學(xué)知識對于生物信息學(xué)的意義，并通過具體實例激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣。在實例的啟發(fā)下，學(xué)生開展了積極的討論，加深了對于所學(xué)知識的認(rèn)識。開展研討式教學(xué)，應(yīng)以學(xué)生為主體，及時地溝通發(fā)現(xiàn)課堂中存在的問題，并相應(yīng)地調(diào)整授課內(nèi)容。即使教師講得天花亂墜，如果學(xué)生知其然，不知其所以然，也不可能達(dá)到好的授課效果。

3.審時度勢

課堂研討開展的時機(jī)很重要。例如，當(dāng)講到生物信息學(xué)概況時，學(xué)生反應(yīng)不是很強(qiáng)烈。而當(dāng)教師結(jié)合自身經(jīng)驗談研究體會時，學(xué)生很有興趣，表情變得活躍，適合開展課堂討論。此時，可以組織學(xué)生交流學(xué)習(xí)目的、預(yù)期和存在的疑問，以便教師進(jìn)行有針對性地授課。研討式教學(xué)一方面強(qiáng)調(diào)學(xué)生的主體地位，一方面要求教師發(fā)揮主導(dǎo)作用，密切注意學(xué)生動向，發(fā)現(xiàn)學(xué)生的興趣點，引導(dǎo)討論的逐步展開和深入。

4.自主提問

如果教師能夠營造出一種輕松愉悅的課堂氛圍，學(xué)生往往能夠主動發(fā)問，提出不同觀點，而不拘泥于預(yù)先設(shè)置的問題。實踐證明，通過學(xué)生自主提問展開的課堂研討，往往效果更好。在前期鋪墊時，啟發(fā)學(xué)生自主思考并積極討論，分析該領(lǐng)域可能存在的問題和發(fā)展方向。當(dāng)講到后續(xù)內(nèi)容時，學(xué)生有了一定的心理預(yù)期，很想了解該領(lǐng)域的研究現(xiàn)狀和發(fā)展趨勢，以驗證與預(yù)期是否一致。同時，自主提問對于生物信息學(xué)研究有很好的推動作用，學(xué)生經(jīng)常能夠獨(dú)辟蹊徑，提出全新的思路，拓展研究內(nèi)容的廣度和深度。

5.課堂報告

在授課過程中，鼓勵學(xué)生結(jié)合所學(xué)知識選擇感興趣的專題，閱讀相關(guān)文獻(xiàn)并進(jìn)行課堂報告。由于學(xué)生的選題更接近彼此的思維方式，能夠反映一些共性的問題，對于擴(kuò)展思路很有幫助。在報告過程中，教師可適時點評，穿插課堂討論，以深化學(xué)生對問題的理解。課堂報告可以全面地鍛煉學(xué)生的表達(dá)能力、寫作能力和創(chuàng)新思維能力，提高學(xué)生的綜合素質(zhì)。

第3篇：生物信息學(xué)的重要性范文

【關(guān)鍵詞】生物信息學(xué)研究生培養(yǎng)模式研究生培養(yǎng)教育經(jīng)過幾十年的發(fā)展，已經(jīng)取得長足的進(jìn)步。國家每年研究生招生規(guī)模和數(shù)量都在不斷增加，為國家培養(yǎng)大量專業(yè)人才，為科學(xué)與經(jīng)濟(jì)建設(shè)的迅猛發(fā)展起到良好的推動作用。盡管在研究生培養(yǎng)數(shù)量上增長明顯，教學(xué)質(zhì)量逐步提高，卻仍有不盡人意之處，在某些領(lǐng)域仍存在著質(zhì)量下降的問題，值得人們重視與思考。

一、西方國家培養(yǎng)研究生的模式呈多樣化趨勢

近年來，隨著歐美等發(fā)達(dá)國家醫(yī)學(xué)科學(xué)技術(shù)的發(fā)展，專業(yè)技能與綜合素質(zhì)的重要性日益突出，因此對高素質(zhì)專業(yè)人才的培養(yǎng)提出了更高要求。所有大學(xué)都在考慮采用跨學(xué)科學(xué)習(xí)計劃，如英、法等國在研究生課程中也開設(shè)了交叉學(xué)科的研究課程。對他們而言，交叉學(xué)科研究是現(xiàn)代醫(yī)學(xué)科學(xué)發(fā)展的必然趨勢，學(xué)科間知識的整合與交叉是當(dāng)代醫(yī)學(xué)科學(xué)的進(jìn)步體現(xiàn)。雖然各國家研究生培養(yǎng)目標(biāo)與模式各異，但研究生作為創(chuàng)新型人才的主要資源，其創(chuàng)新能力培養(yǎng)越來越受到各國家高校的重視，教育界的學(xué)者也紛紛對其研究現(xiàn)狀進(jìn)行了分析與探討。

二、嚴(yán)把生源質(zhì)量關(guān)，提高研究生教學(xué)質(zhì)量

為盡快提升研究生教學(xué)質(zhì)量，我們結(jié)合自身特點采取了一些針對性的有力措施。首先，嚴(yán)格把好生源入口，提高生源質(zhì)量。培養(yǎng)研究生獨(dú)立思考問題與解決實際問題的能力，重視有教學(xué)科研工作經(jīng)驗的人才并加以重點培養(yǎng)。其次，為拓寬專業(yè)知識面，及時增設(shè)跨學(xué)科新興交叉課程，使研究生不僅掌握本專業(yè)知識，也加深了對相關(guān)專業(yè)知識的學(xué)習(xí)和理解，從而提高研究生的綜合素質(zhì)。

三、優(yōu)化知識結(jié)構(gòu)，構(gòu)建創(chuàng)新實踐型教學(xué)模式

在系統(tǒng)專業(yè)培養(yǎng)目標(biāo)和培養(yǎng)要求梳理基礎(chǔ)上，生物信息學(xué)專業(yè)研究生的培養(yǎng)目標(biāo)是適應(yīng)現(xiàn)代生物醫(yī)藥高新技術(shù)發(fā)展，推動生物醫(yī)學(xué)與計算科學(xué)和信息科學(xué)的融合交叉，培養(yǎng)適應(yīng)社會需求并具有較高科技開發(fā)能力。生物信息學(xué)專業(yè)研究生的培養(yǎng)是一個高素質(zhì)復(fù)合型與創(chuàng)新型人才培養(yǎng)過程，各方面素質(zhì)能力要求既相互統(tǒng)一，又各有所長。（1）生物信息學(xué)方向：了解生物醫(yī)學(xué)大數(shù)據(jù)發(fā)展方向，掌握高通量分子生物技術(shù)原理和數(shù)據(jù)分析方法，具備一定的重大疾病機(jī)制分析、疾病風(fēng)險標(biāo)志物識別等生物信息學(xué)應(yīng)用能力并勝任生物醫(yī)學(xué)研究和產(chǎn)業(yè)開發(fā)工作。（2）生物醫(yī)學(xué)軟件工程方向：了解生物醫(yī)學(xué)軟件工程社會需求和產(chǎn)業(yè)進(jìn)展，具備獨(dú)立或在導(dǎo)師指導(dǎo)下進(jìn)行生物醫(yī)學(xué)軟件和應(yīng)用平臺開發(fā)的基本技能和專業(yè)能力，勝任新型生物醫(yī)藥軟件和平臺研究、開發(fā)工作。（3）藥物基因組信息學(xué)方向：了解大數(shù)據(jù)時代的新型藥物開發(fā)和藥物應(yīng)用規(guī)律，重點增強(qiáng)網(wǎng)絡(luò)藥理學(xué)分析、藥物靶標(biāo)識別和計算機(jī)輔助藥物設(shè)計技能，勝任計算機(jī)輔助新藥開發(fā)、藥物作用機(jī)制的工程分析等工作。（四）生物醫(yī)學(xué)儀器開發(fā)方向：了解現(xiàn)代生物醫(yī)學(xué)儀器產(chǎn)業(yè)發(fā)展，掌握電子學(xué)、生物醫(yī)學(xué)和工程科學(xué)的交叉融合知識，勝任面向生物醫(yī)藥儀器設(shè)備開發(fā)、維護(hù)，及新型健康工程產(chǎn)業(yè)工作。

四、提升導(dǎo)師綜合能力，培養(yǎng)高素質(zhì)創(chuàng)新人才

加強(qiáng)研究生導(dǎo)師隊伍建設(shè)，是培養(yǎng)生物信息學(xué)專業(yè)研究生的有力保障，“有好的導(dǎo)師人才，才有好的教育”，我們認(rèn)真貫徹落實上級關(guān)于研究生課程建設(shè)改革的相關(guān)文件精神和要求，以現(xiàn)代教育理念為指導(dǎo)，制定培養(yǎng)研究生綜合能力和創(chuàng)新能力的計劃，不斷優(yōu)化研究生實踐創(chuàng)新型教學(xué)模式。通過完善導(dǎo)師遴選制度改善導(dǎo)師隊伍的結(jié)構(gòu)，建立和完善導(dǎo)師培訓(xùn)制度；進(jìn)一步提升導(dǎo)師自身道德品質(zhì)、文化修養(yǎng)，努力形成一支素質(zhì)優(yōu)良、知識完備、結(jié)構(gòu)合理的導(dǎo)師隊伍。

導(dǎo)師是培養(yǎng)高素質(zhì)創(chuàng)新人才的關(guān)鍵因素之一，我們始終堅持以培養(yǎng)創(chuàng)新型人才和建設(shè)一流大學(xué)的目標(biāo)為抓手，通過高峰論壇、學(xué)術(shù)交流和國外學(xué)者來校訪談講座等形式，進(jìn)一步為導(dǎo)師創(chuàng)造良好的學(xué)術(shù)交流氛圍，使導(dǎo)師能夠吸取各種學(xué)術(shù)營養(yǎng)，博采眾長，不斷更新知識，拓寬專業(yè)領(lǐng)域，提高研究生教學(xué)質(zhì)量。制定適合本專業(yè)特點的研究生培養(yǎng)目標(biāo)與培訓(xùn)計劃，調(diào)整和完善創(chuàng)新性研究生培養(yǎng)方案勢在必行。

五、加大教學(xué)改革力度，全面優(yōu)化研究生培養(yǎng)模式

在當(dāng)前形勢下，開展生物信息學(xué)專業(yè)人才培養(yǎng)模式改革應(yīng)多管齊下，在持續(xù)推進(jìn)研究生基礎(chǔ)知識能力提升的情況下，著重解決與高新技術(shù)銜接能力培養(yǎng)方面的關(guān)鍵問題。

1.強(qiáng)化研究生培養(yǎng)過程的知識技能與社會需求銜接性調(diào)研，推進(jìn)研究生教育各環(huán)節(jié)中的創(chuàng)新技能和產(chǎn)業(yè)技術(shù)的引入。選擇一批實力較強(qiáng)的科研單位作為生物信息學(xué)專業(yè)研究生培養(yǎng)合作單位和產(chǎn)業(yè)實踐基地，以此將企業(yè)資源引入到校園環(huán)境之中，推動產(chǎn)學(xué)研一體化發(fā)展。

2.積極深入企業(yè)、科技研發(fā)一線，了解用人單位對研究生知識、技能的需求，將符合社會需要的知識技能納入到研究生課程教學(xué)體系，推進(jìn)研究生導(dǎo)師與社會單位聯(lián)合開展技術(shù)攻關(guān)或課題申報，提升轉(zhuǎn)化潛力，推進(jìn)生物醫(yī)藥高新技術(shù)產(chǎn)業(yè)與專業(yè)教育的全面融合。

3.根據(jù)生物醫(yī)藥高新技術(shù)領(lǐng)域發(fā)展現(xiàn)狀和人才需求情況制定培養(yǎng)方案。以專業(yè)能力培養(yǎng)為核心、創(chuàng)新能力培養(yǎng)為重點、基本知識模塊組成，重視基礎(chǔ)、專業(yè)知識和創(chuàng)新思維能力的培養(yǎng)基礎(chǔ)上，全面提高研究生的創(chuàng)新能力和與高新技術(shù)產(chǎn)業(yè)緊密銜接的綜合素質(zhì)能力。

4.拓展不同研究方向的研究生對綜合性、交叉性以及新興學(xué)科知識的選擇范圍，前沿性內(nèi)容為研究生的個性發(fā)展和思維拓展提供了較為廣闊的空間。以完善知識結(jié)構(gòu)，提高思維能力，強(qiáng)化實踐能力為目標(biāo)，突出實踐性、應(yīng)用性，使其具有先進(jìn)的醫(yī)學(xué)理念、嚴(yán)謹(jǐn)?shù)目蒲兴季S和解決實際問題能力。

當(dāng)前研究生教育的主要目標(biāo)與模式，應(yīng)根據(jù)“創(chuàng)新經(jīng)驗的傳授創(chuàng)新技能的訓(xùn)練創(chuàng)新實踐的開展”的理念與思路，培養(yǎng)研究生的科研創(chuàng)新能力、獨(dú)立思考和知難而進(jìn)能力、堅實理論基礎(chǔ)和實踐動手能力；養(yǎng)成良好的科研作風(fēng)，堅忍不拔的學(xué)術(shù)精神，適應(yīng)新形式發(fā)展與需求的高級復(fù)合型人才。我們對生物信息學(xué)專業(yè)研究生培養(yǎng)模式的改革思路探討與我國當(dāng)前研究生教育的主旋律相吻合，具有一定的實用性、效用性和廣泛的應(yīng)用前景。未來我們將繼續(xù)探索，進(jìn)一步優(yōu)化研究生培養(yǎng)模式與方案，為生物信息學(xué)專業(yè)培養(yǎng)更多的創(chuàng)新型人才，為學(xué)校推進(jìn)雙一流大學(xué)建設(shè)貢獻(xiàn)力量。

參考文獻(xiàn)： 

[1]吳俊端.醫(yī)學(xué)院校教師教學(xué)能力培養(yǎng)現(xiàn)狀調(diào)查與分析.中國高等醫(yī)學(xué)教育，2015. 

[2]甄良康，君英爽.建構(gòu)我國研究生培養(yǎng)模式的改革思路.學(xué)位與研究生教育，2013. 

[3]秦發(fā)蘭.關(guān)于全日制專業(yè)學(xué)位研究生特色化培養(yǎng)的思考.中國高教研究，2012. 

第4篇：生物信息學(xué)的重要性范文

一案例教學(xué)法在當(dāng)代高等教育中的意義

（一）案例教學(xué)法與傳統(tǒng)教學(xué)法的區(qū)別

案例教學(xué)法由美國哈佛大學(xué)首創(chuàng)，該方法是在教師的指導(dǎo)下，根據(jù)知識體系的掌握要求，利用案例引導(dǎo)教學(xué)活動，組織學(xué)生進(jìn)行學(xué)習(xí)、研討和探究的一種教學(xué)方法[2]。

第一，從教學(xué)目的來說，傳統(tǒng)教學(xué)重在理論知識的傳授，其缺點是缺乏理論聯(lián)系實際的結(jié)合點，容易造成理論脫離實際的弊病。而案例教學(xué)重在實際問題的解決，其教學(xué)案例主要來自科研和生活實踐，具有真實性、完整性、典型性、代表性。通過案例的學(xué)習(xí)，能掌握隱藏在案例后的完整的知識體系，并在此過程中，訓(xùn)練學(xué)生獨(dú)立分析問題和解決問題的能力。

第二，從教學(xué)材料和授課方式來說，傳統(tǒng)教學(xué)所使用的教學(xué)材料一般都是具有一定穩(wěn)定性的教科書，其典型授課方式是以“教師講，學(xué)生聽”為主。而案例教學(xué)使用的教學(xué)材料是獨(dú)特的教學(xué)案例，并且這些教學(xué)案例一般都是隨時代的發(fā)展不斷更新。

第三，在傳統(tǒng)的教學(xué)中，教師只要教材熟悉、思路清晰、表達(dá)清楚，使學(xué)生掌握了教師的“真理”，責(zé)任就算盡到了。而在案例教學(xué)中，教師雖然可能比學(xué)生懂得多，但教師的角色并不是權(quán)威，應(yīng)定位為案例教學(xué)的設(shè)計者、引導(dǎo)者、組織者和案例討論的參與者。

第四，從學(xué)生的角色和責(zé)任來說，在傳統(tǒng)教學(xué)中，學(xué)生處于消極、被動和受支配地位。其角色是認(rèn)真的聽講者和知識的接受者。而在案例教學(xué)中，不僅強(qiáng)調(diào)教師的“教”（引導(dǎo)），更強(qiáng)調(diào)學(xué)生的“學(xué)”（自主學(xué)習(xí)和研討），以學(xué)生為中心，學(xué)生在整個教學(xué)活動中處于主導(dǎo)地位。

（二）案例教學(xué)法的重要意義

案例教學(xué)法有如下作用和意義：通過真實性的案例，能很好地解決理論與實際脫節(jié)的矛盾，便于理論聯(lián)系實際；通過師生角色的轉(zhuǎn)變，有助于調(diào)動師生教與學(xué)的積極性；在解決現(xiàn)實案例的過程中，首先需要學(xué)生根據(jù)案例的需要，不斷地收集、分析、學(xué)習(xí)和處理各種知識和信息，從而有助于培養(yǎng)學(xué)生的信息收集、學(xué)習(xí)和處理能力；在解決現(xiàn)實案例的過程中，還需要學(xué)生運(yùn)用所學(xué)的知識體系解決現(xiàn)實問題，從而有助于提高學(xué)生分析問題和解決問題的能力；解決問題的途徑并非唯一，學(xué)生在案例分析過程中，可以站在不同的立場、多角度地分析和解決問題，從而有助于培養(yǎng)學(xué)生的創(chuàng)新能力。

二PBL教學(xué)法與案例教學(xué)法的高度互補(bǔ)性

PBL（Problem-Based Learning）即“基于問題的學(xué)習(xí)”，由加拿大的McMaster大學(xué)首創(chuàng)[3]。該方法以問題為核心，其核心思想有兩個：一是將問題作為學(xué)習(xí)和整合新知識的起點，以問題為載體，使學(xué)生在解決問題的過程中學(xué)到必要的知識；二是不單純只為獲得知識，在獲得知識的同時，強(qiáng)調(diào)問題的解決。其教學(xué)的主要形式是：以學(xué)生為中心，在教師的引導(dǎo)下，以小組為單位圍繞著一個個的問題進(jìn)行討論和學(xué)習(xí)。

PBL教學(xué)與案例教學(xué)有極強(qiáng)的互補(bǔ)性。在案例教學(xué)中，一個案例就是一個實際情境的描述，在這個情境中，往往包含著多個疑難問題。換句話說，要解決一個代表現(xiàn)實課題的真實性案例，需要將其分解成許多個問題，通過每個問題的解決，最終解決整個案例。同時，在解決問題的過程中掌握每個問題背后所包含的知識，所有知識的集合則構(gòu)成了案例背后隱藏的知識體系。也就是說，在進(jìn)行案例教學(xué)的過程中，需要用到“基于問題的教學(xué)”；而“基于問題的教學(xué)”中的“問題”，并不是隨意設(shè)置的，需要以案例解決的路線為指引進(jìn)行設(shè)置。

三案例教學(xué)法和PBL教學(xué)法的實踐探索

（一）課程平臺

我們以生物信息學(xué)為課程平臺。生物信息學(xué)是用數(shù)理和信息科學(xué)的觀點、理論和方法去研究生命現(xiàn)象、組織和分析呈現(xiàn)指數(shù)增長的生物數(shù)據(jù)的一門學(xué)科[4]。它主要包括兩重含義：一是對海量數(shù)據(jù)的收集、整理與服務(wù)，即管理好這些數(shù)據(jù)；二是從中發(fā)現(xiàn)新的規(guī)律，即利用好這些數(shù)據(jù)。它是生命科學(xué)領(lǐng)域里一門極為重要的工具課程，可整合和串聯(lián)各門主干課程。

（二）具體實施

1分組

對班級學(xué)生進(jìn)行分組，分組的依據(jù)主要是每個學(xué)生能力的高低，將能力互補(bǔ)的學(xué)生分在一個學(xué)習(xí)小組中，每組控制在4-5人左右。

2提出教學(xué)目標(biāo)，布置真實性任務(wù)（案例）

案例教學(xué)法中案例的選擇并非隨意拿來，而是要根據(jù)教學(xué)內(nèi)容和教學(xué)對象的不同，精心選擇，精心設(shè)汁。其一，所選案例要貼切、恰當(dāng)，能全面反映教學(xué)內(nèi)容。其二，所選案例要生動，具有吸引力，這樣才能調(diào)動學(xué)生的積極性，吸引學(xué)生積極參與、積極思考。其三，所選案例要難易適度，充分考慮到學(xué)生的個體差異，盡量選擇和設(shè)計出所有學(xué)生都可理解接受的案例?；谏鲜鋈c，我們選擇了“某個新基因的發(fā)現(xiàn)與鑒定”這一真實性科研課題作為案例。

3以案例完成的步驟為主線，設(shè)置相應(yīng)的問題集

教師在選擇好案例后要花一定時間仔細(xì)研讀思考，對下列問題一定要成竹在胸：選用此案例主要想解決什么問題？案例將可能涉及哪些方面的知識？通過研讀思考、翻閱教材和資料，將相關(guān)信息整理出來，歸納成問題集，作為學(xué)生解決案例的線索和依據(jù)。按照這個原則，我們設(shè)置了以下11個問題，構(gòu)成問題集：（1）生物數(shù)據(jù)庫是如何架構(gòu)的，對于互聯(lián)網(wǎng)上常見的生物數(shù)據(jù)庫，該如何識別與理解？（2）如何通過國際上的生物數(shù)據(jù)庫檢索系統(tǒng)，對數(shù)據(jù)庫內(nèi)的生物分子數(shù)據(jù)進(jìn)行使用？（3）如何通過各種常見的雙序列比對軟件完成對生物分子的兩兩比對？（4）如何通過各種常見的多序列比對軟件完成對生物分子的多重比對？（5）如何利用EST數(shù)據(jù)庫獲得基因重疊群？（6）如何完成新基因的拼接獲得？（7）如何完成所得基因的理化性質(zhì)分析？（8）如何完成所得基因的啟動區(qū)域分析？（9）如何完成所得基因的CDS區(qū)域分析？（10）如何完成新基因的人工翻譯？（11）如何完成所得蛋白質(zhì)的結(jié)構(gòu)與功能分析？

4定期討論

定期安排學(xué)生集中討論。每次討論主要完成兩方面工作：一是對問題解決和案例完成進(jìn)展情況進(jìn)行報告，二是對所遇到的難點進(jìn)行互相交流。教師全程參與，對疑難點做出提示和建議。

5成果匯報

案例完成后，進(jìn)行集中匯報。讓學(xué)生對期間所做的工作、獲得的結(jié)果進(jìn)行匯報。

6教師評價、反饋

由指導(dǎo)教師對案例完成過程及結(jié)果進(jìn)行點評，對學(xué)生掌握知識的程度及學(xué)生的科研、應(yīng)用能力進(jìn)行評價，并提出可進(jìn)一步提高的方向。

7延伸階段

鑒于生物信息學(xué)都是在臨近畢業(yè)時進(jìn)行教學(xué)，對于有興趣的學(xué)生，可以將案例擴(kuò)展成畢業(yè)設(shè)計，進(jìn)行模塊化分流教學(xué)。

（三）案例教學(xué)法與PBL教學(xué)法的實施效果

1激發(fā)了學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣，提高了教學(xué)質(zhì)量

學(xué)習(xí)是一種滿足人類基本需要的方式，興趣則是最好的老師。案例教學(xué)法與PBL教學(xué)法的實施，大大轉(zhuǎn)變了師生的角色和觀念。使教師認(rèn)識到學(xué)生作為主體參與教學(xué)的重要性，逐漸從知識論轉(zhuǎn)向主體論，從知識的傳授者、教學(xué)的組織領(lǐng)導(dǎo)者轉(zhuǎn)變成為學(xué)習(xí)過程中的咨詢者、引導(dǎo)者和伙伴；樹立了“以學(xué)生為中心”的教育理念，確立了學(xué)生全面發(fā)展、能力本位的價值取向。同時，真正落實了學(xué)生在教學(xué)活動中的主體地位，改變了他們以往個體式、接受式、知識學(xué)習(xí)導(dǎo)向的學(xué)習(xí)方式，形成了合作式、探究式、能力培養(yǎng)導(dǎo)向的學(xué)習(xí)方式，讓每一位學(xué)生積極主動地參與了學(xué)習(xí)過程。在此過程中，學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣大大增強(qiáng)，教學(xué)效果十分良好，教學(xué)質(zhì)量有了明顯的提升。

2促進(jìn)了對學(xué)生能力的培養(yǎng)

古人云，“授之以魚不如授之以漁?！比~圣陶先生也認(rèn)為，“教是為了不教?！本科涓荆瑢嶋H上都在強(qiáng)調(diào)學(xué)校應(yīng)該教會學(xué)生自主學(xué)習(xí)，這樣才能在知識的不斷更新中挺立潮頭，永遠(yuǎn)立于不敗之地。通過案例教學(xué)法和PBL教學(xué)法的實施，我們確立了以教師為引導(dǎo)、學(xué)生為主體的教學(xué)模式。通過真實性很強(qiáng)的案例與相匹配的問題集，把知識獲取方式由灌輸式變?yōu)樘骄渴剑蟠筇嵘藢W(xué)習(xí)效果。并且在此過程中，極大地提高了學(xué)生分析問題、解決問題的能力，增強(qiáng)了學(xué)生的創(chuàng)新精神。

參考文獻(xiàn)

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[2]王世民.淺議案例教學(xué)法[J].遼寧教育行政學(xué)院學(xué)報， 2006 （6）：91-92.

第5篇：生物信息學(xué)的重要性范文

人類基因組計劃自20世紀(jì)90年代初開展以來，取得了許多重要的研究進(jìn)展，獲得了包括人類、水稻、擬南芥等多種模式生物在內(nèi)的基因組DNA的全序列［1－4］，這對生命科學(xué)的發(fā)展具有劃時代的意義，生命科學(xué)從此進(jìn)入了后基因組時代。

然而，這些令人振奮的進(jìn)展也隨之產(chǎn)生了新問題，由基因編碼的蛋白質(zhì)與基因本身不同，其在生物體內(nèi)的表達(dá)和功能具有復(fù)雜的動態(tài)性、時空性，以及1個基因?qū)?yīng)多個蛋白質(zhì)，即mRNA與蛋白質(zhì)之間并非簡單的一一對應(yīng)關(guān)系，蛋白質(zhì)的結(jié)構(gòu)也不可能依靠DNA序列來解析。大量的新基因及蛋白質(zhì)數(shù)據(jù)不斷涌現(xiàn)，就需要重新認(rèn)識這些基因與其所編碼的蛋白質(zhì)的結(jié)構(gòu)及它們所執(zhí)行的功能等，從而將各個蛋白質(zhì)之間的上、下游關(guān)系和相互作用解釋清楚。此外，蛋白質(zhì)在生物體合成之后，對于蛋白質(zhì)翻譯后加工、修飾、蛋白質(zhì)之間的相互作用、功能以及其運(yùn)輸、在生物體的組織和細(xì)胞定位、蛋白質(zhì)結(jié)構(gòu)的形成、代謝途徑等都無法從基因組水平的研究上進(jìn)行解釋。所以，直接在蛋白質(zhì)水平上的研究對于深入剖析生物體的運(yùn)行機(jī)制具有重要的意義［5］。

在這個研究背景下，1994年MarcWilkins在意大利的二維凝膠電泳（Two－dimensionalgelelectrophoresis，2－DE）會議上首次提出了蛋白質(zhì)組（Proteome）的概念［6］。它是指生物體的全部蛋白質(zhì)組成及其表達(dá)方式。蛋白質(zhì)組研究目前雖然尚處于起始階段，但已經(jīng)獲得了很多重要的研究成果。當(dāng)今蛋白質(zhì)組學(xué)的主要任務(wù)是不斷完善和更新蛋白質(zhì)組研究技術(shù)和手段，大量進(jìn)行蛋白質(zhì)分析。在植物病理學(xué)的應(yīng)用研究中，可以通過比較正常組織和疾病組織的蛋白質(zhì)表達(dá)情況，鑒定出特異的病程相關(guān)蛋白質(zhì)，而這些特異蛋白質(zhì)也可以作標(biāo)記來輔助選育抗病品種，從而將其應(yīng)用于農(nóng)業(yè)生產(chǎn)實踐［7］。

1蛋白質(zhì)組學(xué)研究手段

目前，蛋白質(zhì)組的研究內(nèi)容主要分2個方面。

一方面，通過雙向電泳技術(shù)獲得正常（健康）生理條件下的生物體、組織或某些特定細(xì)胞的蛋白質(zhì)組電泳圖譜，并將這些圖譜數(shù)據(jù)作為待檢測生物體、組織或某些特定細(xì)胞的參考電泳圖譜。另一方面則是比較在非正常（疾病）生理條件下生物體蛋白質(zhì)組所發(fā)生的變化。如蛋白質(zhì)表達(dá)量的變化、組織表達(dá)特異性的變化、蛋白質(zhì)翻譯后修飾的變化以及在細(xì)胞或亞細(xì)胞水平上的定位變化等。通過對雙向電泳圖譜上具有顯著差異表達(dá)的蛋白質(zhì)的分析鑒定，可以對編碼該蛋白質(zhì)的基因進(jìn)行研究，延伸對該基因功能及結(jié)構(gòu)的了解，也可以為功能蛋白質(zhì)組學(xué)的研究提供參考，甚至發(fā)現(xiàn)新的基因和蛋白質(zhì)，完善已有基因組和蛋白質(zhì)組數(shù)據(jù)庫等［8］。目前，蛋白質(zhì)組學(xué)的主要研究技術(shù)包括3個方面，即包括蛋白質(zhì)的分離、鑒定技術(shù)和生物信息學(xué)技術(shù)。

1．1蛋白質(zhì)分離技術(shù)

雙向電泳技術(shù)作為目前蛋白質(zhì)組學(xué)中應(yīng)用最為廣泛的實驗技術(shù)，它具有實驗流程成熟、分辨率高、重復(fù)性好的特點，是一種成熟的蛋白質(zhì)組學(xué)研究技術(shù)［9］。雙向電泳的基本原理是，根據(jù)所有蛋白質(zhì)的等電點和分子量大小，進(jìn)行2次電泳將其分離。雙向電泳的第一向是等電聚焦（Isoelectricfocusing，IEF），即按照蛋白質(zhì)的等電點進(jìn)行分離，分為固相化pH梯度等電聚焦和載體兩性電解質(zhì)pH梯度等電聚焦2種，目前廣泛采用預(yù)制膠條進(jìn)行固相化pH梯度等電聚焦［10］。第二向是SDS－聚丙烯酰胺凝膠電泳（SDS－PAGE），即對蛋白質(zhì)分子量的大小進(jìn)行分離，一般采用垂直電泳或水平電泳。由于雙向電泳利用了蛋白質(zhì)的兩個彼此不相關(guān)的而對蛋白質(zhì)的性狀又極其重要性質(zhì)對其進(jìn)行有效分離，因此該方法具有較高的分辨率，一般能分辨出2000個左右蛋白質(zhì)點，最高可以達(dá)到11000個蛋白質(zhì)點的分辨率［11］。

近年來，隨著生命科學(xué)的不斷發(fā)展，越來越多的交叉學(xué)科和實驗技術(shù)也隨之出現(xiàn)，如一些新的蛋白質(zhì)分離方法，親和色譜、多維色譜毛細(xì)管電泳等。這些新技術(shù)雖然不能完全代替雙向電泳技術(shù)，但可以在一定程度上彌補(bǔ)雙向電泳的一些不足。從目前的發(fā)展趨勢來看，液相色譜－質(zhì)譜聯(lián)用已經(jīng)成為發(fā)展較快的蛋白質(zhì)組學(xué)分離技術(shù)之一，并越來越受到蛋白質(zhì)組學(xué)研究者的關(guān)注。該技術(shù)最突出的優(yōu)勢是對生物體蛋白質(zhì)組進(jìn)行分析時的歧視效應(yīng)大大減小，該技術(shù)可以同時實現(xiàn)蛋白質(zhì)的分離和鑒定的在線聯(lián)用，因此，液－質(zhì)聯(lián)用技術(shù)的發(fā)展有利于蛋白質(zhì)組研究向高通量化和自動化的方向發(fā)展［12］。

然而，雙向電泳技術(shù)作為最成熟的蛋白質(zhì)組學(xué)研究方法，可以既快又全面地獲取生物體蛋白質(zhì)組變化的宏觀信息，同時也可以較好地與后續(xù)的分析方法串聯(lián)，從而有效地進(jìn)行微觀分析，并且該方法有很好的分離能力，分辨率較高，還具有一定的高通量優(yōu)勢［13］，因此，目前雙向電泳技術(shù)仍然是蛋白質(zhì)組學(xué)的核心技術(shù)之一。

1．2質(zhì)譜技術(shù)

利用質(zhì)譜技術(shù)對已通過雙向電泳等技術(shù)分離的蛋白質(zhì)進(jìn)行鑒定是蛋白質(zhì)組學(xué)研究中的關(guān)鍵步驟。20世紀(jì)80年代末，日本科學(xué)家田中耕一和美國科學(xué)家JohnBFenn分別開發(fā)出基質(zhì)輔助激光解吸電離技術(shù)（matrixassistedlaserdesorptionionization，MALDI）［14］和電噴霧電離（electrosprayionization，ESI）［15］2種軟電離技術(shù)，推動了生物質(zhì)譜（Bio－MS）的發(fā)展，使傳統(tǒng)的主要應(yīng)用于微觀物質(zhì)研究的質(zhì)譜技術(shù)的應(yīng)用性發(fā)生了巨大的變革［13］。MALDI，ESI－MS等技術(shù)的出現(xiàn)促使雙向電泳向與質(zhì)譜兼容的方向發(fā)展，也推動了質(zhì)譜儀的核心裝置即質(zhì)量分析器的改進(jìn)，使生物質(zhì)譜技術(shù)更有效地應(yīng)用于蛋白質(zhì)組的研究領(lǐng)域。用于蛋白質(zhì)組研究的質(zhì)譜分析儀有飛行時間、四極離子阱、傅立葉變換離子回旋共振、四極桿等幾種選擇［13］。生物質(zhì)譜主要通過對蛋白質(zhì)、多肽等的質(zhì)量測定以及肽質(zhì)量指紋圖譜測定和氨基酸序列測定，對雙向電泳技術(shù)分離的蛋白質(zhì)點的定量蛋白質(zhì)組進(jìn)行分析、鑒定、蛋白質(zhì)的翻譯后加工、修飾以及蛋白質(zhì)相互作用等研究。

目前，生物質(zhì)譜被認(rèn)為是高通量、高效進(jìn)行蛋白質(zhì)鑒定的首選工具之一，它與很多分離方法進(jìn)行了有機(jī)的結(jié)合，并得到了廣泛的應(yīng)用，如與雙向電泳、CE、多維色譜的聯(lián)用或質(zhì)譜本身的聯(lián)用等，是復(fù)雜蛋白質(zhì)樣品分離分析時不可替代的方法。但在目前的應(yīng)用中，該方法還存在一些技術(shù)上的瑕疵，如質(zhì)譜的定量問題等。另外，近年來熒光雙向差異凝膠電泳技術(shù)、激光捕獲微切割技術(shù)（lasercapturemicrodissection，LCM）、表面增強(qiáng)激光解吸電離－飛行時間－質(zhì)譜（surface－enhancedlaserdesorptionionizationtime－of－flightmassspectro－metry，SELDI－TOF－MS）和穩(wěn)定同位素特征標(biāo)簽生物質(zhì)譜技術(shù)等也得到了較快的發(fā)展和廣泛的應(yīng)用［16］。相信隨著生物質(zhì)譜和相關(guān)技術(shù)的不斷完善和改進(jìn)，這些方法必將會在蛋白質(zhì)組學(xué)的研究中更好地發(fā)揮作用，不斷滿足高效、高通量和自動化鑒定、篩選蛋白質(zhì)的需求。

1．3生物信息學(xué)

生物信息學(xué)是近幾年發(fā)展起來的一門新興的交叉學(xué)科，它由生物技術(shù)與計算機(jī)科學(xué)技術(shù)以及應(yīng)用數(shù)學(xué)學(xué)科等有機(jī)組成。它通過對蛋白質(zhì)組研究采用的試驗方法（如雙向電泳、質(zhì)譜分析、色譜分析、酵母雙雜交、蛋白質(zhì)微量測序等）所獲得的試驗圖譜、序列等數(shù)據(jù)進(jìn)行統(tǒng)計、檢索、分析等，以揭示這些數(shù)據(jù)中所蘊(yùn)含的生物學(xué)意義，從而解釋一些有規(guī)律的生命現(xiàn)象［17］。生物信息學(xué)在蛋白質(zhì)組學(xué)中的的研究內(nèi)容主要包括：大規(guī)模蛋白質(zhì)組學(xué)試驗數(shù)據(jù)的獲得，將試驗數(shù)據(jù)經(jīng)過軟件處理成具有生物學(xué)意義的試驗結(jié)果，以及對試驗結(jié)果分析、解釋，最后將獲得的信息進(jìn)行以及對上述過程的管理等。

蛋白質(zhì)數(shù)據(jù)庫不僅標(biāo)志著蛋白質(zhì)組學(xué)的研究水平，也是蛋白質(zhì)組學(xué)研究的基礎(chǔ)。目前，蛋白質(zhì)結(jié)構(gòu)數(shù)據(jù)庫主要是美國國家實驗室的PDB（ProteinDataBank），蛋白質(zhì)序列數(shù)據(jù)庫主要是瑞士日內(nèi)瓦大學(xué)的SWISS－PROT［18］。生物信息學(xué)技術(shù)的快速發(fā)展已為蛋白質(zhì)組學(xué)研究提供了許多高效、便利的分析軟件，尤其是蛋白質(zhì)質(zhì)譜鑒定軟件和算法發(fā)展迅速，最近發(fā)展了一種分析技術(shù)，可以直接搜尋基因組數(shù)據(jù)庫，對質(zhì)譜數(shù)據(jù)進(jìn)行基因注釋和判斷復(fù)雜的拼接方式，因此，生物信息學(xué)的進(jìn)展為蛋白質(zhì)組學(xué)、基因組學(xué)、生物芯片技術(shù)等生命科學(xué)的前沿領(lǐng)域的發(fā)展起了較大的推動作用［19］。可以預(yù)測，隨著生物質(zhì)譜技術(shù)在蛋白質(zhì)組學(xué)研究中的更大規(guī)模的應(yīng)用，規(guī)?；|(zhì)譜分析會產(chǎn)生海量的數(shù)據(jù)，這將會有效促使更多更完善的數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)的建立［20］。

2蛋白質(zhì)組學(xué)在植物病理學(xué)上的運(yùn)用

植物蛋白質(zhì)組學(xué)研究隨著擬南芥和水稻等模式植物的基因組序列公布后逐漸活躍起來。植物抗病機(jī)制及抗病性研究仍是當(dāng)今植物病理學(xué)和植物抗病育種研究的重要領(lǐng)域之一［21］。自然界中生長的植物時刻處于各種微生物的包圍環(huán)境之中，其中絕大多數(shù)植物不被微生物所侵染，表現(xiàn)出抗病性，并在體內(nèi)產(chǎn)生相應(yīng)的病原物相關(guān)蛋白質(zhì)（pathogenesis－relaedproteins，PR蛋白）來抵御微生物的入侵［22］。當(dāng)病原菌侵染植物后，植物與病原物之間的相互作用是一個復(fù)雜動態(tài)過程，植物與病原物的識別、互作在特定的細(xì)胞、特定的時間、特定的組織或有機(jī)體中并非所有的蛋白質(zhì)都表達(dá)，而是按照寄主植物防御反應(yīng)的需要進(jìn)行特異的表達(dá)和運(yùn)轉(zhuǎn)。蛋白質(zhì)是生物體最終功能的執(zhí)行者，由于DNA序列信息與蛋白質(zhì)序列之間不是一一對應(yīng)的關(guān)系，也不能說明蛋白質(zhì)的翻譯后加工、修飾。因此，植物與病原物之間互作的動態(tài)過程不能通過分析植物寄主或病原物的基因組信息來解釋。所以，只有將蛋白質(zhì)組學(xué)研究與基因組學(xué)的研究結(jié)果有機(jī)結(jié)合，才能更好地從分子水平解析寄主與病原物互作的內(nèi)在機(jī)制，同時為植物的抗病育種研究提供理論依據(jù)。

2．1蛋白質(zhì)組學(xué)在植物與病原物互作系統(tǒng)中的應(yīng)用

植物蛋白質(zhì)組學(xué)的發(fā)展必將對植物學(xué)科及植物病理學(xué)科的研究與發(fā)展產(chǎn)生重要的推動作用。由于蛋白質(zhì)組學(xué)研究技術(shù)在植物學(xué)科上取得了重要的研究進(jìn)展，有許多成功的研究應(yīng)用案例，再加上蛋白質(zhì)組學(xué)研究技術(shù)具有高分辨率、高通量的優(yōu)勢，很多學(xué)者已經(jīng)將這門技術(shù)應(yīng)用于植物病理學(xué)的研究，并已取得了較大的進(jìn)展。

我國學(xué)者廖玉才等構(gòu)建了大麥抗、感白粉病的近等基因系，并對1葉期的幼苗進(jìn)行了白粉病的接種試驗，對接種48h后的幼苗葉片進(jìn)行了蛋白質(zhì)組學(xué)分析，研究結(jié)果表明，抗病系誘導(dǎo)表達(dá)了在未接種對照中未出現(xiàn)的蛋白質(zhì)點；而感病品系在pH6．0附近誘導(dǎo)表達(dá)的蛋白質(zhì)明顯增多，感病系在pH8．8處在蛋白質(zhì)的表達(dá)量大幅提高，而且蛋白質(zhì)種類也比抗病品系有所增加［23］，該研究也是蛋白質(zhì)組學(xué)在植物病理學(xué)研究中早期的應(yīng)用。陶全洲等在離體條件下，用雙向電泳技術(shù)研究稻瘟病菌Magnaportheoryzae與水稻在接觸反應(yīng)初期階段的蛋白質(zhì)表達(dá)變化情況，以尋找可能參與寄主與病原物相互識別的病程相關(guān)蛋白質(zhì)，研究結(jié)果表明，病原菌與寄主發(fā)生接觸反應(yīng)后，有2個組成型蛋白質(zhì)被誘導(dǎo)表達(dá)，即該蛋白質(zhì)在抗病品種和感病品種中都有表達(dá)，以此推測該蛋白可能參與寄主與病原物的接觸時的信號識別等，在該研究中，還有2個蛋白質(zhì)與孢子或菌絲體混合后下調(diào)或消失［24］。鄭用璉等通過雙向電泳技術(shù)研究了小麥在受到褐斑病菌浸染后，其誘導(dǎo)表達(dá)了2個特異性病程相關(guān)蛋白質(zhì)，進(jìn)行其氨基酸序列分析后，合成簡并核酸探針，從蛋白質(zhì)序列分析入手分析抗病相關(guān)基因，為從蛋白質(zhì)水平到DNA水平的研究開創(chuàng)了新的研究思路，為該方向的研究提供了借鑒［25］。李躍建等用雙向電泳技術(shù)研究了條銹菌侵入后小麥體內(nèi)蛋白質(zhì)的表達(dá)情況，研究發(fā)現(xiàn)抗小麥條銹病品種川麥107和感條銹病品種80－8在小麥條銹菌侵入后，體內(nèi)蛋白質(zhì)表達(dá)變化差異非常顯著［7，26］。梁根云等運(yùn)用雙向電泳技術(shù)分析了2個小麥品種（川麥107和80－8）的未接種對照和條銹菌侵染發(fā)病14d后的葉片差異表達(dá)蛋白質(zhì)，從雙向電泳圖譜上找到9個顯著差異表達(dá)的蛋白質(zhì)點，通過譜技術(shù)鑒定，獲得6個蛋白質(zhì)點的肽質(zhì)量指紋圖譜（PMF），通過網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)庫搜索、比對，有2個蛋白質(zhì)點被鑒定，分別是與植物抗病性或代謝相關(guān)的蛋白質(zhì)，即磷酸核酮糖激酶（Phosphoribulokinase，PRK）和脫氫抗壞血酸還原酶（Dehydroascorbatereductase，DHAR），表明這2個蛋白質(zhì)在小麥與條銹病菌的互作過程中起到了重要的作用［27］。

國際上對于利用蛋白質(zhì)組學(xué)研究植物病理相關(guān)問題的學(xué)者也較多。Marra利用蛋白質(zhì)組學(xué)研究技術(shù)的高效率、高通量的優(yōu)勢，研究植物、病原菌和拮抗型木霉菌三者之間相互作用前后的蛋白質(zhì)表達(dá)變化情況，對植物的抗病機(jī)制和拮抗木霉菌的拮抗機(jī)理進(jìn)行了系統(tǒng)的研究［28］。該研究結(jié)果也為從系統(tǒng)上解析植物與病原微生物相互作用的機(jī)制提供了很好的參考研究模式。

2004年，Kim等使用雙向電泳研究技術(shù)及其他的一些蛋白質(zhì)組分離和鑒定手段，研究了水稻細(xì)胞和稻瘟病菌懸浮培養(yǎng)時，系統(tǒng)蛋白質(zhì)的表達(dá)變化情況，并分別于懸浮培養(yǎng)后24、48h提取總蛋白質(zhì)，通過雙向電泳分離，并對來自6個不同基因的12種蛋白質(zhì)進(jìn)行了質(zhì)譜鑒定，其中由稻瘟病菌誘導(dǎo)產(chǎn)生了類黃酮還原酶類蛋白和水稻病原菌相關(guān)蛋白10（Ricepathogenrelatedproteinclass10，PR－10）［29］。此后，Kim等又對接種有毒力和無毒力稻瘟病菌的水稻葉片進(jìn)行了蛋白質(zhì)組學(xué)研究，結(jié)果表明，在接種后的水稻葉片中，有8個蛋白質(zhì)因稻瘟病菌的侵染誘導(dǎo)表達(dá)或表達(dá)增強(qiáng)，隨后通過質(zhì)譜技術(shù)分別鑒定了這8個誘導(dǎo)表達(dá)或表達(dá)量上升的蛋白質(zhì)，分別是TLP、Glu1、PBZ1、PR－10、POX22．3、Glu3和2個RLK（receptor－likeproteinkinase）［30］。

與Kim等2004年的研究方法類似，Ndimba等和Chivasa等分別對擬南芥懸浮細(xì)胞在病原真菌（Fusarium）細(xì)胞壁分泌物誘導(dǎo)下的蛋白質(zhì)表達(dá)變化情況，研究表明，在病原真菌細(xì)胞壁分泌物的誘導(dǎo)作用下，懸浮細(xì)胞外和細(xì)胞內(nèi)的蛋白質(zhì)表達(dá)變化差異顯著，該研究系統(tǒng)探討了擬南芥對病原菌侵染的抗病相關(guān)蛋白質(zhì)的表達(dá)，以及與信號轉(zhuǎn)導(dǎo)途徑相關(guān)基因的表達(dá)變化［31－32］。Konishi等應(yīng)用蛋白質(zhì)組學(xué)研究方法，分別提取、分離和鑒定了受稻瘟病菌侵染后的水稻葉片中具有顯著差異表達(dá)的蛋白質(zhì)，發(fā)現(xiàn)蛋白質(zhì)PR－5在病原菌侵染12h后被誘導(dǎo)表達(dá)，分析表明該蛋白的表達(dá)可能與寄主非?；钥剐苑磻?yīng)相關(guān)［33］。Oh等對擬南芥懸浮細(xì)胞病原真菌互作過程進(jìn)行了系統(tǒng)研究，結(jié)果表明，脂肪酶類分泌蛋白GLIP1的誘導(dǎo)表達(dá)與擬南芥的抗病性密切相關(guān)，研究分析認(rèn)為，GLIP1蛋白可能是通過抑制病原真菌的分生孢子的活力使得擬南芥獲得對病原真菌的抗病性［34］。Andrade等應(yīng)用差異蛋白質(zhì)組學(xué)方法，從花椰菜與黑腐病致病菌（Xanthomonascampestrispv．campestris）相互作用前后系統(tǒng)蛋白質(zhì)表達(dá)模式的變化情況，對在拉丁美洲危害嚴(yán)重的黑腐病的發(fā)病機(jī)制進(jìn)行了系統(tǒng)研究，結(jié)果表明分別有6個來自寄主植物和15個來自病原菌的差異表達(dá)蛋白質(zhì)點被鑒定，這些與病程相關(guān)的蛋白質(zhì)點的鑒定對于深入了解黑腐病發(fā)病分子機(jī)理及其在植物抗病育種上的應(yīng)用奠定了基礎(chǔ)［35］。

Trudy等用TCA沉淀法提取了馬鈴薯晚疫病菌Phytophthorainfestans菌絲培養(yǎng)液中的總蛋白質(zhì)，經(jīng)雙向電泳分離后進(jìn)行質(zhì)譜鑒定，結(jié)果表明，有9個細(xì)胞外分泌蛋白的質(zhì)譜鑒定結(jié)果與cDNAs所編碼蛋白質(zhì)的推測質(zhì)譜數(shù)據(jù)相吻合［36］。該研究將蛋白質(zhì)組學(xué)與基因組學(xué)的研究有機(jī)結(jié)合、相互驗證，為后續(xù)相關(guān)的研究提供了新的思路。

很顯然，應(yīng)用蛋白質(zhì)組學(xué)從生物體與病原物互作的系統(tǒng)水平研究病原菌與寄主植物相互作用的蛋白質(zhì)表達(dá)變化用于植物病理學(xué)的研究具有很強(qiáng)的優(yōu)勢。這提供了一個直接研究植物病害系統(tǒng)的平臺，通過對抗病品種和感病品種在病原菌脅迫下的蛋白質(zhì)組數(shù)據(jù)進(jìn)行對比分析，就可以從這個研究平臺上直接的找出一些特異的病程相關(guān)蛋白質(zhì)，并通過其他的分子生物學(xué)方法對其進(jìn)行標(biāo)記、鑒定和功能的預(yù)測分析，再將這些記與植物的抗病育種相結(jié)合，從而更好地為農(nóng)業(yè)生產(chǎn)服務(wù)。

2．2蛋白質(zhì)組學(xué)在植物病理學(xué)上應(yīng)用的不足之處

隨著功能基因組學(xué)與現(xiàn)代分子生物學(xué)研究方法的不斷更新、完善和發(fā)展，蛋白質(zhì)組研究技術(shù)的日益進(jìn)步，以及大量的模式物種與病原物間相互作用研究體系的建立，許多與病原菌的致病性相關(guān)或與寄主的抗病反應(yīng)相關(guān)的基因和蛋白質(zhì)的功能和作用機(jī)理得到了很好的解釋，這些研究結(jié)果也為全面了解植物抗病的分子機(jī)制及其在生產(chǎn)實踐中的應(yīng)用打下了基礎(chǔ)。然而，蛋白質(zhì)組學(xué)作為后基因組時代新興交叉學(xué)科，當(dāng)前還存在一些技術(shù)上的缺陷與不足尚待改進(jìn)和完善。許多研究結(jié)果表明，在寄主植物－病原菌互作的過程中，一些小分子或者低豐度的蛋白質(zhì)往往起到信號識別、傳導(dǎo)、傳遞以及激活下游信號發(fā)生級聯(lián)反應(yīng)的關(guān)鍵作用。而在蛋白質(zhì)組學(xué)分析過程中，受到蛋白質(zhì)提取方法的限制，有較多低豐度蛋白質(zhì)得不到相應(yīng)的分離和鑒定。另一方面，有許多低豐度表達(dá)或低分子量蛋白點雖然具備顯著差異表達(dá)特征，但卻未得到成功鑒定，無法獲得該類蛋白質(zhì)點的相關(guān)結(jié)構(gòu)及功能信息，而這些蛋白質(zhì)卻往往在互作過程中起到較為關(guān)鍵的作用。

除此之外，蛋白質(zhì)的分離技術(shù)對于整個蛋白質(zhì)組學(xué)的研究起到?jīng)Q定性的作用，在植物組織中，仍有許多的蛋白質(zhì)如非水溶性蛋白質(zhì)的提取成為是我們獲得整個系統(tǒng)的蛋白質(zhì)組的制約因素。因此，由于生物質(zhì)譜技術(shù)的高度靈敏性，在蛋白質(zhì)的提取和分離過程中，蛋白質(zhì)的純化與否嚴(yán)重影響了蛋白質(zhì)組研究技術(shù)在植物病理學(xué)科尤其是植物與病原物互作的相關(guān)研究。此外，蛋白質(zhì)的提取、分離技術(shù)還有待于進(jìn)一步的提高和完善。蛋白質(zhì)組學(xué)研究與功能基因組學(xué)密息息相關(guān)，目前，蛋白質(zhì)組學(xué)的研究領(lǐng)域還相對狹窄，除人類醫(yī)學(xué)領(lǐng)域外，蛋白質(zhì)組學(xué)分析技術(shù)僅在擬南芥、水稻等少數(shù)完成基因組序列分析的模式生物中得到了較為廣泛的應(yīng)用，而對于其他生物尚處于起步階段。因此，基因組數(shù)據(jù)庫的不完整也成為限制蛋白質(zhì)組學(xué)研究的瓶頸之一，迫切需要各類重要物種基因組數(shù)據(jù)庫的不斷補(bǔ)充和完善來擴(kuò)充該學(xué)科的應(yīng)用范圍。

對于蛋白質(zhì)的分離技術(shù)而言，雖然雙向電泳具有不可替代的優(yōu)勢，但是其規(guī)?；写谶M(jìn)一步加強(qiáng)，二維凝膠電泳染色轉(zhuǎn)移等環(huán)節(jié)操作困難費(fèi)時，又有操作中分離容量的先天限制，再加上極酸、極堿、低豐度、非水溶性等蛋白質(zhì)均難以呈現(xiàn)，樣品中高鹽離子濃度、蛋白質(zhì)的定量等以及高質(zhì)量蛋白質(zhì)的制備等方面都有待于進(jìn)一步的提高和完善。蛋白質(zhì)的生物信息學(xué)研究，雖然已有一定范圍的應(yīng)用，也仍困難重重。因此，國際上開始重視研究以酵母雙雜交技術(shù)和色譜－電泳－質(zhì)譜為主的技術(shù)平臺，用于研究蛋白質(zhì)連鎖群和蛋白質(zhì)功能網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)，但受限于其操作的復(fù)雜性，仍缺乏快速、高效、高通量的技術(shù)手段獲取復(fù)雜蛋白質(zhì)相互作用的多維信息。

3結(jié)語與展望

越來越多的新技術(shù)、新方法將會隨著現(xiàn)代分子生物學(xué)實驗技術(shù)的不斷完善、發(fā)展而涌現(xiàn)，這些新技術(shù)應(yīng)用于與植物病害相關(guān)的研究系統(tǒng)中將為植物病理學(xué)的發(fā)展提供更加優(yōu)越的條件和研究渠道。目前借助于成熟的蛋白質(zhì)組學(xué)分析方法和生物質(zhì)譜鑒定技術(shù)，在寄主植物與病原菌包括病原真菌和病原細(xì)菌2類互作系統(tǒng)中，從植物寄主上獲得了大量的由病原物的誘導(dǎo)產(chǎn)生的差異表達(dá)蛋白質(zhì)。在前人研究的各類互作系統(tǒng)中，已充分驗證了部分以病程相關(guān)蛋白家族為主的蛋白質(zhì)的功能，也明確了這些蛋白在植物抗病機(jī)制中的具體功能，這些研究結(jié)果將為基因組學(xué)和轉(zhuǎn)錄組學(xué)的研究提供了理論依據(jù)，為更深入解析植物寄主響應(yīng)病原菌侵染的復(fù)雜分子機(jī)制提供了有力證據(jù)。

第6篇：生物信息學(xué)的重要性范文

第九屆中國青年女科學(xué)家獎評審會評語：

梁金玲對神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)、復(fù)雜網(wǎng)絡(luò)、基因調(diào)控網(wǎng)絡(luò)等復(fù)雜系統(tǒng)應(yīng)用數(shù)學(xué)理論進(jìn)行分析和綜合，對其相應(yīng)的實際應(yīng)用作出了指導(dǎo)性貢獻(xiàn)。

梁金玲寄語青年人：

科學(xué)研究和其他工作一樣，都是不斷發(fā)現(xiàn)問題、解決問題的過程。要發(fā)現(xiàn)新問題，就要保持思維的創(chuàng)新性。青年人要勤于思考、勤奮工作、快樂地生活。

一些看似不太相關(guān)的東西一旦結(jié)合，往往能產(chǎn)生意想不到的結(jié)果，就像數(shù)學(xué)模型與生物信息學(xué)。

最近幾十年，尤其是2000年以后，隨著基因測序技術(shù)的日趨成熟，其成本不斷下降，加上一些新技術(shù)的誕生，生物學(xué)的發(fā)展非常迅速?，F(xiàn)在，在美國國家生物技術(shù)信息中心和歐洲生物信息研究所維護(hù)的公共數(shù)據(jù)庫，基因數(shù)據(jù)已經(jīng)超過100萬組，而且這些數(shù)據(jù)還在迅速增多。

另一方面，雖然目前科學(xué)家獲得了很多基因數(shù)據(jù)，但真正得到利用的，卻只有很少一部分。原因在于，對于很多數(shù)據(jù)，生物學(xué)家并不知道怎么用，難以從一大堆數(shù)據(jù)中去挖掘這些數(shù)據(jù)所代表的生物學(xué)機(jī)理。

這正是東南大學(xué)數(shù)學(xué)系教授梁金玲“闖入”生物學(xué)領(lǐng)域，研究基因調(diào)控網(wǎng)絡(luò)的動力學(xué)行為，并試圖為基因時間序列數(shù)據(jù)建立數(shù)學(xué)模型的原因。

那么，建立數(shù)學(xué)模型的方法，將如何幫助生物學(xué)家呢？

梁金玲舉了個例子：森林干燥的時候，容易起火。應(yīng)該如何預(yù)防呢？最原始的方法，就是請很多人去巡邏，一旦發(fā)現(xiàn)有火災(zāi)的苗頭，就及時撲滅。不過，一小片森林，這樣做可能還行，但是森林很大的時候，顯然沒法做到處處都有人巡邏，就會疏漏百出。這種情況下，就可以運(yùn)用數(shù)學(xué)模型的方法：通過收集過去多年的火災(zāi)發(fā)生及森林相關(guān)數(shù)據(jù)，比如火災(zāi)發(fā)生的時間、規(guī)模，以及森林中的水分、溫度、風(fēng)級，然后把這些數(shù)據(jù)與火災(zāi)發(fā)生的情況聯(lián)系起來，做成一個數(shù)學(xué)模型，以后把森林相關(guān)數(shù)據(jù)輸入模型后，就能大致預(yù)測出，森林的哪些區(qū)域、在什么時候可能發(fā)生自然火災(zāi)，從而指導(dǎo)防災(zāi)工作。

現(xiàn)在，生物學(xué)家面對的就是一個極大的“數(shù)據(jù)森林”，亟需數(shù)學(xué)家利用海量基因數(shù)據(jù)建立數(shù)學(xué)模型并分析其動力學(xué)行為，從而幫助生物學(xué)家找到他們想要的線索。

從博士階段開始，梁金玲就著手研究人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的動力學(xué)行為、復(fù)雜網(wǎng)絡(luò)的同步現(xiàn)象以及基因調(diào)控網(wǎng)絡(luò)的綜合。當(dāng)前，她正試圖利用生物時間序列數(shù)據(jù)建立數(shù)學(xué)模型，來幫助生物學(xué)家分析基因活動的復(fù)雜機(jī)理。

在基因組時代，梁金玲為生物學(xué)研究帶來的數(shù)學(xué)方法將會發(fā)揮更大的作用：基因數(shù)據(jù)庫以及已有的其它基因研究成果是一個巨大的寶藏，只要有了恰當(dāng)?shù)姆治龉ぞ撸飳W(xué)家就可以用較低的成本，發(fā)現(xiàn)很多生理機(jī)制背后的基因成因，從而弄清楚一些疾病為何會發(fā)生，這些疾病又該如何治療。

梁金玲曾在英國從事博士后研究。她說，這段經(jīng)歷對于她的學(xué)術(shù)生涯有很大的影響，與不同文化背景下的同學(xué)和導(dǎo)師交流使她的思路更加開闊，也讓她更加了解獨(dú)立能力在學(xué)術(shù)研究以及人生道路上的重要性。

第7篇：生物信息學(xué)的重要性范文

關(guān)鍵詞：生物工程 設(shè)計性實驗 綜合素質(zhì) 創(chuàng)新教育

中圖分類號：G642 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A 文章編號：1673-9795（2013）09（a）-0038-02

針對生物工程專業(yè)知識具有涉及領(lǐng)域廣、綜合性強(qiáng)和應(yīng)用性廣的特點，各高校都開設(shè)了多門相關(guān)專業(yè)的實驗課程，包括基礎(chǔ)生物學(xué)實驗、微生物實驗、基礎(chǔ)生物技術(shù)實驗、生物化學(xué)實驗、酶工程實驗和生物制藥實驗等課程實驗。這些實驗為培養(yǎng)學(xué)生的基礎(chǔ)操作，提高學(xué)生的實踐動手能力奠定了良好基礎(chǔ)，但這些實驗課程都是以驗證、單一、經(jīng)典為主的單個小實驗，各項實驗所涉及知識點較零碎、獨(dú)立，邏輯聯(lián)系不緊密，學(xué)生完成實驗后沒有一個整體的概念。因此，為了讓學(xué)生系統(tǒng)地掌握生物工程專業(yè)知識，以提高學(xué)生的綜合素質(zhì)，發(fā)揮學(xué)生的自主性和創(chuàng)新性，生物工程綜合設(shè)計型實驗教學(xué)改革勢在必行。

1 開設(shè)生物工程綜合設(shè)計型實驗的目的

1.1 系統(tǒng)地掌握生物工程專業(yè)知識

綜合設(shè)計型實驗?zāi)軌蜓a(bǔ)充和豐富學(xué)生的專業(yè)知識，學(xué)生通過自己設(shè)計實驗，既可以培養(yǎng)學(xué)生查閱文獻(xiàn)、獨(dú)力思考能力，又可以鞏固以前所學(xué)專業(yè)知識、實驗技術(shù)。在實驗設(shè)計的實施過程中，學(xué)生通過將理論教學(xué)中的重要知識點搜集整理出來，再建立他們之間的網(wǎng)絡(luò)聯(lián)系，根據(jù)知識點的相關(guān)性和整和性進(jìn)行實驗的設(shè)計，使學(xué)生理解所涉及知識點的邏輯聯(lián)系。在實驗過程中，通過理論知識與實驗實踐相結(jié)合，可以促使學(xué)生系統(tǒng)地掌握生物工程專業(yè)知識，尤其提供了所學(xué)知識的縱向和橫向擴(kuò)展與融會貫通。

1.2 實驗設(shè)計能力的培養(yǎng)

實驗對于生物學(xué)的重要性不容置疑，實驗教學(xué)是培養(yǎng)學(xué)生觀察能力和實驗動手能力的重要環(huán)節(jié)。在傳統(tǒng)的教學(xué)活動中，有的學(xué)生雖然有較強(qiáng)的基本實驗技能，但綜合、系統(tǒng)性思維能力比較薄弱，對實驗的設(shè)計和實施一無所知、無從下手。這就要求在實驗教學(xué)中，培養(yǎng)學(xué)生的科研思維能力，提出問題，解決問題，分析問題。指導(dǎo)學(xué)生進(jìn)行實驗設(shè)計，讓學(xué)生深刻認(rèn)識和體會實驗的一般程序，理解、歸納和應(yīng)用實驗設(shè)計的主要方法，教師的作用應(yīng)在于“授之于漁而非魚”。

1.3 發(fā)揮學(xué)生的自主性和創(chuàng)新性

強(qiáng)調(diào)以學(xué)生自身活動為主體的實驗教學(xué)形式。在老師給定研究目的和基本實驗材料的情況下，學(xué)生通過查閱文獻(xiàn)資料，設(shè)計實驗方案，與老師對設(shè)計思路、實驗技術(shù)方案等進(jìn)行討論和修改，最終形成具有自我特色的實驗設(shè)計。整個教學(xué)過程中更注重讓學(xué)生自己去思考、去調(diào)查分析、去發(fā)現(xiàn)并解決問題；注重讓學(xué)生發(fā)展自主性、創(chuàng)新性的思維，使其具有開拓式的發(fā)展。

2 綜合設(shè)計型實驗課程的基本內(nèi)容

學(xué)生設(shè)計實驗具體方案并在老師的引導(dǎo)下完成實驗。在實驗內(nèi)容設(shè)計上，綜合設(shè)計型實驗以產(chǎn)淀粉酶基因工程菌的構(gòu)建、目的產(chǎn)物淀粉酶的生產(chǎn)、產(chǎn)物（淀粉酶）分離純化及其淀粉酶酶學(xué)特性分析為主線，綜合利用多種實驗技術(shù)，力爭使學(xué)生得到多方面的綜合訓(xùn)練。實驗內(nèi)容涵蓋了基因工程、發(fā)酵工程、生物分離工程、酶工程及生物信息學(xué)等專業(yè)知識及實驗技術(shù)。由于綜合實驗是一個連續(xù)的過程，前一個實驗項目的結(jié)果與產(chǎn)物是后一個實驗項目的材料，前后內(nèi)容緊密銜接，環(huán)環(huán)相扣，每項實驗都可能直接影響到最終的結(jié)果，從而增加了實驗的系統(tǒng)連續(xù)性與完整性，使學(xué)生對每項實驗的結(jié)果及各項實驗間的邏輯聯(lián)系性更加關(guān)注，具有更深的印象。綜合設(shè)計型實驗課程突出生物工程實驗的綜合性與現(xiàn)代性，使學(xué)生能更加系統(tǒng)全面地掌握原理，實驗操作，實驗儀器。實驗主要內(nèi)容涉及相關(guān)原理技術(shù)如表1所示。

3 綜合設(shè)計型實驗教學(xué)方式的改革

3.1 轉(zhuǎn)變“學(xué)生為輔，老師為主”的教學(xué)方式

首先，根據(jù)老師提出的實驗?zāi)康?，學(xué)生自行查閱文獻(xiàn)，設(shè)計實驗技術(shù)路線。其次，學(xué)生與老師對實驗設(shè)計思路、實驗技術(shù)方案進(jìn)行討論和修改。然后，以開題報告的形式，對實驗方案的可行進(jìn)行論證，學(xué)生在老師指導(dǎo)下再次修改和完善實驗設(shè)計方案。最后，明確實驗方案和各項實驗所涉及的技術(shù)手段，學(xué)生進(jìn)入實驗階段。實驗過程中，每天詳細(xì)記錄實驗內(nèi)容、步驟和原始數(shù)據(jù)，整理和分析數(shù)據(jù)，繪制圖表及圖表的規(guī)范化。實驗結(jié)束，以PPT演講形式匯報實驗結(jié)果并按照科技論文的形式撰寫實驗小論文。整個實驗過程中，學(xué)生成為教學(xué)主體，經(jīng)過這種系統(tǒng)的實驗訓(xùn)練，學(xué)生對實驗的設(shè)計和實施過程有了系統(tǒng)連貫的認(rèn)識，科研思維能力得到鍛煉，查閱文獻(xiàn)、分析數(shù)據(jù)、撰寫論文等科研基本技能和協(xié)調(diào)配合能力都得到了訓(xùn)練。

3.2 轉(zhuǎn)變“看為主做為輔”的教學(xué)方式

實驗前的準(zhǔn)備工作，溶液的配制、培養(yǎng)基的制備滅菌、電泳試劑的配制、緩沖液的配制、PCR引物的設(shè)計、基因序列的分析、微生物的培養(yǎng)和實驗所需儀器的調(diào)試等均由學(xué)生自主完成。例如，讓學(xué)生自己計算溶劑和溶質(zhì)的量，稱量溶解并裝瓶標(biāo)記；利用軟件設(shè)計PCR擴(kuò)增引物，應(yīng)用生物信息學(xué)對DNA序列進(jìn)行比對、分析；實驗前對儀器進(jìn)行外觀檢測、性能調(diào)試和試用；正確使用一些復(fù)雜的精密儀器設(shè)備（如發(fā)酵罐），準(zhǔn)確地采集實驗數(shù)據(jù)。學(xué)生親自完成這些之前均由老師準(zhǔn)備的工作，一方面培養(yǎng)了學(xué)生扎實的基本功；另一方面有利于培養(yǎng)學(xué)生良好的實驗習(xí)慣和嚴(yán)謹(jǐn)?shù)墓ぷ髯黠L(fēng)，使學(xué)生對實驗的具體實施過程有一系統(tǒng)完整的認(rèn)識。

4 完善綜合設(shè)計型實驗結(jié)果的考核方式

改革實驗結(jié)果的考察方式，變傳統(tǒng)的以記憶為主的考核為實際知識運(yùn)用能力的考核。

首先，考察學(xué)生查閱文獻(xiàn)和閱讀文獻(xiàn)的能力?？疾鞂W(xué)生在設(shè)計實驗方案過程中，是否能通過查閱文獻(xiàn)，提出新穎的實驗方案或更好的實驗技術(shù)，并能正確理解文獻(xiàn)內(nèi)容；在實驗實施過程中遇到問題時，是否能利用文獻(xiàn)分析和解決問題；在撰寫實驗小論文時，能否恰當(dāng)引用文獻(xiàn)分析或支持實驗結(jié)果。將這些作為學(xué)生是否真正掌握綜合設(shè)計型實驗的原理指標(biāo)之一，也考察了學(xué)生獲取和學(xué)習(xí)新知識的能力。

其次，考察學(xué)生對專業(yè)知識和實驗技能的掌握程度，主要是對學(xué)生專業(yè)理論知識理解、應(yīng)用能力和實驗技能進(jìn)行考察。學(xué)生只有具備扎實的理論知識，全面地掌握各咱實驗技能、正確使用儀器設(shè)備（特別是復(fù)雜精密的儀器）、準(zhǔn)確地采集實驗數(shù)據(jù)，才能順利的完成整個實驗。這些反映了學(xué)生所學(xué)專業(yè)知識的掌握程度和融會貫通能力。

然后，考察學(xué)生對實驗結(jié)果的分析、歸納、整理能力。實驗數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確、可靠、完整，對于實驗結(jié)論有著重大影響。在數(shù)據(jù)采集、整理、分析、歸納，以及圖表繪制過程中，可以增強(qiáng)學(xué)生對實驗數(shù)據(jù)和結(jié)果的邏輯分析能力及做出正確合理結(jié)論的能力。

最后，考察學(xué)生學(xué)術(shù)交流能力。在實驗方案設(shè)計、實驗實施、實驗結(jié)果討論中，學(xué)生之間、師生之間互相交流，一起討論實驗的現(xiàn)象、結(jié)果及實驗過程出現(xiàn)的問題，使大家對其他同學(xué)的實驗結(jié)果和進(jìn)展有一個了解。一方面在討論中學(xué)生可以獲取一些成功經(jīng)驗或避免出現(xiàn)錯識；另一方面這也是一種競爭，可以督促學(xué)生更加積極、努力地進(jìn)行實驗。

參考文獻(xiàn)

[1] 袁麗紅.提高微生物學(xué)實驗課教學(xué)效果的探索與嘗試[J].微生物學(xué)通報，2008，35（4）：614-618.

第8篇：生物信息學(xué)的重要性范文

    根據(jù)學(xué)科分類國家標(biāo)準(zhǔn),中醫(yī)學(xué)有四個一級學(xué)科,分別是中醫(yī)學(xué)、中藥學(xué)、中西醫(yī)結(jié)合醫(yī)學(xué)和針灸學(xué)。這四個一級學(xué)科,有共同的思想理論淵源,在科學(xué)方法總論研究中,其創(chuàng)新發(fā)展的科學(xué)思維、方法脈絡(luò)及復(fù)雜關(guān)系得到了全面歸納和總結(jié)。在此基礎(chǔ)上,進(jìn)一步探索各個學(xué)科的各自特征、創(chuàng)新發(fā)展思路與方法是深化和完整構(gòu)建中醫(yī)學(xué)創(chuàng)新方法體系的重要舉措。

    1.1各學(xué)科主要科學(xué)問題范疇架構(gòu)分析

    在不同角度和層面,各學(xué)科有共同的問題范疇架構(gòu)特征,例如都面臨規(guī)范化、標(biāo)準(zhǔn)化問題,如名詞術(shù)語、診療過程、藥物生產(chǎn)等規(guī)范標(biāo)準(zhǔn)化,這些屬于中醫(yī)學(xué)的重大關(guān)鍵科學(xué)問題范疇。除了共性的范疇特征之外,各學(xué)科也存在明顯的個性特征。通過分析、歸納各學(xué)科的科學(xué)問題范疇,是全面、系統(tǒng)探索各學(xué)科創(chuàng)新方法的前提。證候分類、復(fù)方應(yīng)用和療效評價是中醫(yī)學(xué)學(xué)科框架的核心,其間的方證相應(yīng)、方效相關(guān)和證效相應(yīng)網(wǎng)絡(luò)關(guān)系是中醫(yī)學(xué)研究的重點和難點,中醫(yī)學(xué)基礎(chǔ)與診斷、傳統(tǒng)中藥學(xué)與方劑學(xué)、中醫(yī)臨床各科,由基礎(chǔ)到臨床共同構(gòu)成中醫(yī)學(xué)學(xué)科框架體系。中藥學(xué)傳統(tǒng)中藥學(xué)是以研究功能主治和毒性為重點,“有故無殞”的毒性評價理念對指導(dǎo)現(xiàn)代藥物毒性評價有重要意義,具有深入研究的價值。性味歸經(jīng)和炮制鑒定有助于臨床準(zhǔn)確用藥。安全性和有效性兼?zhèn)涫乾F(xiàn)代中藥的固有屬性,從資源學(xué)、栽培技術(shù)、炮制學(xué)、藥物化學(xué)、藥理毒理學(xué)角度多方位研究中藥,構(gòu)成了現(xiàn)代中藥學(xué)的學(xué)科框架,近來興起的網(wǎng)絡(luò)藥理學(xué)理論和技術(shù),為現(xiàn)代中藥的研究提供了全新的視角。中藥學(xué)研究的目的是開發(fā)應(yīng)用,過程中的相關(guān)規(guī)范標(biāo)準(zhǔn)研究、上市后再評價研究,對促進(jìn)中藥現(xiàn)代化和國際化不可或缺。針灸學(xué)的基礎(chǔ)理論部分,以腧穴學(xué)和經(jīng)絡(luò)學(xué)為中心,與之相關(guān)的腧穴特異性研究、經(jīng)絡(luò)實質(zhì)研究、臟腑相關(guān)研究都是學(xué)科研究的重點。另外,針灸學(xué)獨(dú)有的經(jīng)穴診斷、經(jīng)絡(luò)辨證和經(jīng)穴配伍形成了其獨(dú)立的辨治體系。不同于藥物,針灸施治是一門技術(shù),其規(guī)范和現(xiàn)代機(jī)制研究也是針灸學(xué)學(xué)科體系的重要組成部分。針灸學(xué)臨床研究,以針對優(yōu)勢病種的療效評價為重點。中西醫(yī)結(jié)合醫(yī)學(xué)是在西學(xué)東漸背景下形成的新醫(yī)學(xué)體系。從認(rèn)識論到疾病的診治,中西醫(yī)之間有明顯的差別,中西醫(yī)結(jié)合應(yīng)從認(rèn)識論角度融合互補(bǔ),現(xiàn)代基于整體復(fù)雜體系的系統(tǒng)生物學(xué)興起,為中西醫(yī)結(jié)合、融合提供了理論依據(jù)和發(fā)展契機(jī)。中西醫(yī)結(jié)合診斷具有微觀與宏觀結(jié)合、病與證結(jié)合的特點,治療方面強(qiáng)調(diào)中西醫(yī)療法的優(yōu)化互補(bǔ),療效評價需要證候信息、客觀指標(biāo)等的綜合評價?，F(xiàn)代組學(xué)、生物信息學(xué)和網(wǎng)絡(luò)生物學(xué)技術(shù)為兼顧中西醫(yī)特性的結(jié)合醫(yī)學(xué)研究模式提供的技術(shù)支撐。

    1.2各學(xué)科已有科學(xué)創(chuàng)新方法的整理挖掘研究

    在各學(xué)科由萌芽豐富成熟的發(fā)展歷程中,新思維、新方法和新工具的不斷涌現(xiàn),推動各學(xué)科不斷進(jìn)步。在明了各學(xué)科主要科學(xué)問題范疇架構(gòu)的基礎(chǔ)上,系統(tǒng)整理和挖掘各學(xué)科不同時空背景下的創(chuàng)新方法特征,求本溯源,對建立以中醫(yī)學(xué)主體思想為根、發(fā)皇古義、融會新知、創(chuàng)新發(fā)展的現(xiàn)代各學(xué)科創(chuàng)新方法體系具有重要意義。(1)采用文本挖掘技術(shù)從“古代近代現(xiàn)代當(dāng)代”四個階段多個維度綜合評價遴選找到影響學(xué)科發(fā)展、里程碑式的“重大人物—重大科學(xué)問題”,分析重大問題產(chǎn)生的根源和時代特征以及重大人物解決問題的方式、方法,并與同時代其他醫(yī)家比較,立體化呈現(xiàn)當(dāng)時的學(xué)科科學(xué)特征。在此基礎(chǔ)上參閱當(dāng)代中外文獻(xiàn),探索科學(xué)思維、方法和工具內(nèi)在聯(lián)系,評述對現(xiàn)代中醫(yī)藥學(xué)研究的借鑒意義。(2)各學(xué)科重大研究項目研究剖析和成果分析:建立和持續(xù)支持各學(xué)科的重大研究項目研究,是在國家戰(zhàn)略層面引領(lǐng)學(xué)科發(fā)展方向、促進(jìn)學(xué)科關(guān)鍵科學(xué)問題攻關(guān)的重要舉措。采用文本挖掘技術(shù),對近10年來,各學(xué)科的863、973、科技部支撐項目、國家自然基金重大專項、行業(yè)專項等項目進(jìn)行系統(tǒng)梳理,參閱中外文獻(xiàn),在世界生物醫(yī)學(xué)發(fā)展和國內(nèi)中西醫(yī)融合發(fā)展的大背景下,探索研究切入點、目標(biāo)內(nèi)容、技術(shù)方法、關(guān)鍵技術(shù)、組織實施步驟等方面的共同規(guī)律,分析成果及其相互關(guān)系,系統(tǒng)評述其對中醫(yī)藥學(xué)科發(fā)展的意義,展望未來的研究方向和目標(biāo)。文本挖掘流程首先是采集各學(xué)科發(fā)展歷程中“重大人物—重大科學(xué)問題”文本信息和當(dāng)代各學(xué)科重大研究項目科研信息;在信息電子存儲的基礎(chǔ)上,通過信息清洗、集成、轉(zhuǎn)換等過程,使文本信息集合構(gòu)成文本信息庫;針對具體研究目標(biāo)篩選變量,然后根據(jù)變量的結(jié)構(gòu)和性質(zhì)選擇相應(yīng)的挖掘方法,以一法為主,多法聯(lián)用進(jìn)行挖掘[3]。

    1.3針對當(dāng)代各學(xué)科關(guān)鍵科學(xué)問題的前瞻性研究

    利用TeoriyaResheniyaIzobreatatelskikhZadatch(TRIZ)主流技術(shù)創(chuàng)新方法分析框架和工具,在各學(xué)科主要科學(xué)問題范疇架構(gòu)內(nèi),結(jié)合文本挖掘技術(shù)和專家訪談共識法找到當(dāng)代各學(xué)科不同維度、層次的關(guān)鍵具體科學(xué)問題,探索問題產(chǎn)生的根源和解決問題著重考慮的對象、屬性、參數(shù)等因素,揭示這些因素的相對重要性及交互作用,使問題分析過程形式化和結(jié)構(gòu)化。參閱中外文獻(xiàn),結(jié)合當(dāng)代多學(xué)科交叉滲透和認(rèn)識前沿,探索問題的優(yōu)化解決方案,從科學(xué)思維、方法、工具3方面探討問題解決技術(shù)路線和關(guān)鍵環(huán)節(jié),探索各個學(xué)科發(fā)展的動力機(jī)制[4-5]。TRIZ的操作流程首先是將各學(xué)科中具體科學(xué)問題抽象成為TRIZ通用格式問題,然后根據(jù)TRIZ問題與方案之間的匹配關(guān)系,尋找通用解決方案,最后再將通用方案具體化為具體問題的最終解決方案。

第9篇：生物信息學(xué)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.

關(guān)鍵詞：microRNA；生物相關(guān)蛋白；功能；展望

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

中圖分類號：Q946.1 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A 文章編號：1006-4311（2016）03-0183-03

0 引言

真核生物的基因表達(dá)調(diào)控是一個十分復(fù)雜的過程，只有確?；虮磉_(dá)調(diào)控準(zhǔn)確，才能有益于生物體的生長和發(fā)育，否則很可能導(dǎo)致疾病的出現(xiàn)。一系列小分子非編碼RNA，包括siRNA（small noncoding RNA），miRNA （microRNA），piRNA（piwi-interacting RNA）和esiRNA （endogenous siRNA）等的發(fā)現(xiàn)極大豐富了人們對基因表達(dá)調(diào)控的理解，它們是對基因調(diào)控理論的一個重要補(bǔ)充，揭示了真核生物一種新的基因表達(dá)調(diào)控方式。miRNA作為小分子非編碼RNA家族的一個重要成員，對其進(jìn)行深入研究，不僅有利于更加全面地認(rèn)識生命過程，還能夠有效地改善人類健康狀況，是未來生命科學(xué)領(lǐng)域的一個研究熱點。

1 miRNA的研究進(jìn)展

1.1 miRNA的發(fā)現(xiàn)

第一個miRNA基因lin-4于1993年在秀麗隱桿線蟲（Caenorhabditis elegans）中被發(fā)現(xiàn)[1]，但由于當(dāng)時實驗手段的限制，直至7年之后另一個異時性表達(dá)的基因let-7的發(fā)現(xiàn)才使大家將目光轉(zhuǎn)移到這類小分子RNA上，從而爆發(fā)了在各物種中探尋miRNA的浪潮。2001年《Science》雜志分別報道了三個實驗室從線蟲、果蠅和人體克隆的幾十個類似秀麗隱桿線蟲的lin-4的小RNA基因，并將其命名為microRNA。隨后各大研究小組分別通過分子克隆和生物信息學(xué)預(yù)測的方法，陸續(xù)在動物、植物、病毒等物種中鑒定出大量的miRNA基因，并將這些鑒定的miRNA基因收錄于由劍橋大學(xué)的桑格（Sanger）研究中心開發(fā)的miRNA數(shù)據(jù)庫miRBase中。miRBase已于2013年6月25日升級至目前最新的版本20.0。相對于版本19.0[2]，在新版本中，miRNA發(fā)夾結(jié)構(gòu)前體序列升至24，521條，新增3千余條，成熟體miRNA序列升至30，424條，新增5千余條，其中人成熟體miRNA序列增加至2，578條，小鼠成熟體miRNA序列增加至1，908條。新版本報道的序列涵蓋206個物種。

1.2 miRNA的產(chǎn)生

動物內(nèi)，首先在RNA聚合酶II（Pol II）或聚合酶 III （Pol III）的作用下miRNA進(jìn)行轉(zhuǎn)錄，得到初級轉(zhuǎn)錄本pri-miRNA（primary microRNA），其長度通常是1000bp左右。初級轉(zhuǎn)錄本pri-miRNA在細(xì)胞核中Drosha-DGCR8復(fù)合體（Microprocessor complex）作用下進(jìn)行第一次剪切，加工成具有發(fā)夾結(jié)構(gòu)的，長度約為70 nt的前體（miRNA precursor，pre-miRNA），這種發(fā)夾狀結(jié)構(gòu)的前體通常位于基因組基因間區(qū)、內(nèi)含子或外顯子區(qū)域。剪切之后，細(xì)胞核內(nèi)生成的miRNA前體在轉(zhuǎn)運(yùn)蛋白Ran-GTP/ Exportin 5 的作用下由細(xì)胞核運(yùn)輸?shù)郊?xì)胞質(zhì)，Ran-GTP能選擇性綁定pre-miRNA并使其避免被外切核酸酶消化。在細(xì)胞質(zhì)中，pre-miRNA被另一個核糖核酸酶III型酶Dicer識別并加工成長度約為22nt的成熟體miRNA，在加工Dicer蛋白的過程中離不開其PAZ結(jié)構(gòu)域的支持，因為由Drosha蛋白切割產(chǎn)生的在3’端的兩個核苷酸長度的懸垂堿基只有其PAZ結(jié)構(gòu)域才能進(jìn)行識別。而成熟體miRNA變成單鏈需要利用解旋酶，在RNA誘導(dǎo)的沉默復(fù)合物（RISC）中發(fā)揮作用。RISC/miRNP復(fù)合體中均含有一個Argonaute家族成員蛋白，指導(dǎo)miRNA與靶mRNA的相互作用。

1.3 miRNA的作用機(jī)制及功能

miRNA要想實現(xiàn)下調(diào)靶基因表達(dá)，通常會采取兩種方式，一種是通過與靶mRNA之間的互補(bǔ)配對切割信使RNA，另一種是抑制翻譯。依據(jù)不同的情況選擇相適應(yīng)的方法實現(xiàn)基因表達(dá)的目的，具體來說若miRNA與靶基因的匹配程度比較高的話，選擇第一種調(diào)控基因的方式，反之，若miRNA與靶基因之間的匹配程度比較低的話，則會通過抑制其翻譯方式來調(diào)控基因的表達(dá)[3]。在動物中miRNA通常與靶mRNA的3’非翻譯區(qū)域以不完全配對方式結(jié)合，從而導(dǎo)致翻譯抑制。動物中miRNA與靶mRNA匹配過程中，其5’端2～8bp的“種子區(qū)”（seed region）在抑制過程中作用不可或缺，其余部分也存在不同程度的影響?，F(xiàn)階段盡管很多物種中都發(fā)現(xiàn)了不同種類的miRNA基因，但是于此相關(guān)的研究還是寥寥無幾。通過突變體表型和傳統(tǒng)的基因篩選及定位克隆的方法，研究人員對部分miRNA靶標(biāo)基因進(jìn)行鑒定。生物信息學(xué)在miRNA的靶基因的預(yù)測和功能研究中起著重要的作用。根據(jù)預(yù)測，miRNA 能調(diào)控大約30%的蛋白質(zhì)編碼基因或更多，其中大部分靶標(biāo)是轉(zhuǎn)錄因子或其他具有調(diào)控功能的基因，因此miRNA基因被認(rèn)為是具有調(diào)控“調(diào)控基因”的功能，能精細(xì)調(diào)控基因的表達(dá)，參與癌癥發(fā)生、小鼠的胚胎發(fā)育、神經(jīng)元樹突棘形態(tài)的形成和發(fā)育等各種重要性狀的調(diào)控，甚至還與多種疾病的發(fā)生密切相關(guān)。

2 參與miRNA產(chǎn)生及功能行使的相關(guān)核心蛋白的研究進(jìn)展

miRNA 的產(chǎn)生及功能行使的過程中，需要多種蛋白或者蛋白復(fù)合體的參與。這些蛋白家族涉及Drosha、Dicer、Argonaute 和 Exportin 5 等蛋白家族[1]。

2.1 RNase III型蛋白家族

在miRNA的生物合成過程中，Drosha和Dicer酶介導(dǎo)了前體miRNA及成熟體miRNA的產(chǎn)生。Drosha和Dicer酶均為RNase III家族的成員。RNase III即雙鏈RNA特異性核酸內(nèi)切酶，根據(jù)其結(jié)構(gòu)組成，可以分為三類：第一類蛋白包含一個RNase III結(jié)構(gòu)域 （RIIID）和一個雙鏈RNA結(jié)合結(jié)構(gòu)域 （dsRNA-binding domain，dsRBD），主要存在于細(xì)菌和酵母中。第二類蛋白包含相繼的兩個RNase III 結(jié)構(gòu)域（RIIIDa 和 RIIIDb）和一個雙鏈 RNA 結(jié)合結(jié)構(gòu)域，該類蛋白及其同源蛋白主要存在于動物中，其分子量在 130～160kDa，N短較長，并且富含脯氨酸、絲氨酸和精氨酸，Drosha屬于該類蛋白。第三類蛋白包含 Dicer及其同源物，這類蛋白包含兩個 RNaseIII 結(jié)構(gòu)域和一個雙鏈 RNA 結(jié)合結(jié)構(gòu)域，另外在長的 N末端還存在一個 RNA 解旋酶（helicase）結(jié)構(gòu)域，DUF283 和 PAZ （Piwi/Argonaute/Zwille）結(jié)構(gòu)域，該類蛋白在酵母、植物和動物中非常保守。雖然 Drosha 和 Dicer 都屬于RNase III家族，但Drosha屬于第二類 RNase III 型酶，而Dicer 屬于第三類 RNase III 型酶。相對于Drosha蛋白，Dicer 蛋白中除了包含兩個 RNase III 結(jié)構(gòu)域，還多出一個PAZ結(jié)構(gòu)域，該結(jié)構(gòu)域?qū)ζ涔δ苤陵P(guān)重要。

2.2 Argonaute蛋白家族

在植物中最先發(fā)現(xiàn)的Argonaute蛋白家族，它不僅是目前研究相對較多的蛋白家族之一，也是基因沉默信號轉(zhuǎn)導(dǎo)途徑中最先被發(fā)現(xiàn)的蛋白家族。Argonaute 蛋白根據(jù)序列的同源性以及它們所結(jié)合的小RNAs，可以分為三個亞家族：AGO亞家族、Piwi亞家族及一個線蟲特異性的WAGO亞家族[4]。其中AGO家族能夠與非編碼的miRNA和siRNA特異性結(jié)合，具有抑制翻譯或降解蛋白產(chǎn)物的作用，被廣泛的表達(dá)于各種動物、植物以及分裂的酵母體中。Piwi亞蛋白家族只存在于動物中，能特異地結(jié)合到一類長度為28～30個核苷酸的，與發(fā)生有關(guān)的小RNA（piRNA）。Piwi亞家族與種系特異性事件相關(guān)，如胚胎干細(xì)胞的維持和減數(shù)分裂等。WAGO亞家族僅僅存在于線蟲中，且多存在于線蟲Argonaute蛋白家族中。但WAGO亞家族與AGO和Piwi亞家族存在一定的區(qū)別，即WAGO蛋白缺乏保守性的DDH金屬結(jié)合殘基，表明其有一個獨(dú)立剪切的功能。Argonaute 蛋白在物種間高度保守，且不同物種中數(shù)量不等，比如酵母中是一個、人和小鼠中都是八個、秀麗線蟲中是二十七個等。

Argonaute蛋白是約100kD的堿性蛋白質(zhì)，其成員都包含PAZ和PIWI兩個結(jié)構(gòu)域，另外還包含一個N-末端結(jié)構(gòu)域和MID結(jié)構(gòu)域。相關(guān)學(xué)者對原核生物的Argonaute蛋白進(jìn)行研究，結(jié)果表明其中的PIWI結(jié)構(gòu)域與RNaseH家族的核糖酶結(jié)構(gòu)具有相似的功能。Argonaute蛋白中位于N端的PAZ結(jié)構(gòu)域含有130個氨基酸，真核生物的PAZ結(jié)構(gòu)域中央是一個β-bar-rel；一側(cè)是兩個N 端螺旋；另一側(cè)是一個保守的組件：該組件由一個β-發(fā)夾和一個α-螺旋組成。PAZ屬于一個結(jié)構(gòu)域，是蛋白質(zhì)和蛋白質(zhì)結(jié)合形成的，但截至目前其功能還沒有一個定論，比較普通的說明是其作用是調(diào)節(jié)蛋白質(zhì)之間的同聚化與異聚化。發(fā)現(xiàn)具有PAZ結(jié)構(gòu)域的Argonaute蛋白能結(jié)合到miRNA的3’末端。果蠅中兩個Argonaute蛋白Ago1和Ago2與Dicer能發(fā)生免疫沉淀反應(yīng)，但該反應(yīng)是否需要依賴PAZ結(jié)構(gòu)域還沒有定論。Argonaute蛋白還有一個位于C端的PIWI結(jié)構(gòu)域，該結(jié)構(gòu)域含有300個氨基酸。Argonaute蛋白的結(jié)構(gòu)首次被發(fā)現(xiàn)是對黑腹果蠅Argonaute2（DmAgo2）的PAZ結(jié)構(gòu)域進(jìn)行NMR和X線分析而獲得的。PIWI結(jié)構(gòu)域能指導(dǎo)miRNA與靶基因相互作用。一些Argonaute蛋白，它們的PIWI結(jié)構(gòu)域具有剪切活性，活性位點包含一個DDH三聯(lián)體結(jié)構(gòu)域。需要注意的是一旦Argonaute蛋白中的天冬氨酸和組氨酸殘基突變，其活性也就不存在了。

Argonaute蛋白一般位于細(xì)胞質(zhì)中，主要功能通過結(jié)合一些小RNA，如siRNAs、miRNAs和piRNAs來發(fā)揮各種調(diào)節(jié)功能。Argonaute蛋白的PIWI結(jié)構(gòu)域通?？梢灾笇?dǎo)miRNA與靶mRNA相互作用，對于具有剪切活性的PIWI結(jié)構(gòu)域能夠促進(jìn)靶 mRNA的降解，而有些 Argonaute 蛋白的PIWI結(jié)構(gòu)域沒有剪切活性，這時其作用是促進(jìn)轉(zhuǎn)錄基因的沉默或者抑制 mRNA 的翻譯。通常來說大部分的真核生物都含有多個多個Argonaute蛋白家族的成員，并且每個家族成員的作用或者功能不盡相同，比如人類中含有四個Argonaute 蛋白，雖然這些蛋白都可以結(jié)合miRNA和siRNA，但是介導(dǎo)對靶RNA的剪切只有Ago2可以做到。在小鼠成體的精母細(xì)胞和精原細(xì)胞中都存在著piwi同源物Mili，但是piwi同源物Miwi并未在兩者中都有表達(dá)，只在精母細(xì)胞中表達(dá)。果蠅中含有5個Argonaute 蛋白家族成員，分別為Piwi、Aubergine、Ago1、Ago2 和Ago3，其中Ago1對于miRNA介導(dǎo)的靶RNA的剪切是必須的[5]，果蠅Ago2 基因組成RNAi過程中RISC的重要組成成份，Ago2突變會導(dǎo)致對dsRNA不產(chǎn)生RNAi的表型，也就是說Ago2對于由外源引入的dsRNA所產(chǎn)生的RNAi是必要的。研究還發(fā)現(xiàn)一些人類的Argonaute 蛋白與疾病相關(guān)，同時人中另一個piwi同源的基因Hiwi位于染色體不同位置也將影響著人類的健康，直接關(guān)系到生殖細(xì)胞腫瘤的發(fā)生與否。

2.3 Exportin 5蛋白家族

Exportin 5 是一種雙鏈 RNA 結(jié)合蛋白，主要存在于細(xì)胞核內(nèi)進(jìn)行miRNA的運(yùn)輸，它具有介導(dǎo) miRNA前體從細(xì)胞核進(jìn)入細(xì)胞質(zhì)的功能。Exportin 5除了能運(yùn)輸前體miRNA之外，也能運(yùn)輸其他的小RNA和相關(guān)的結(jié)合蛋白，如ILF3和JAZ等[6]。Exportin 5與一些tRNAs的運(yùn)輸過程也存在關(guān)聯(lián)，如真核生物的基因組存在兩個其它的旁系同源物，Exportin 1和 Exportin-T，其中Exportin 1能夠特異地運(yùn)輸小核 RNAs （snRNAs），而Exportin-T能識別成熟的轉(zhuǎn)運(yùn) RNAs（tRNAs）。通過對Hela 細(xì)胞中 Exportin 5進(jìn)行 RNA干擾，發(fā)現(xiàn)其將導(dǎo)致成熟let-7含量的顯著減少，推測其原因可能是有些物種如線蟲中有同源物Exportin-T和 Exportin 1的原因，客觀上說明了Exportin 5的重要性。Exportin 5蛋白參與的整個核轉(zhuǎn)運(yùn)過程主要是通過內(nèi)嵌在核膜中的核孔復(fù)合體所介導(dǎo)。首先是可溶性的轉(zhuǎn)運(yùn)受體識別底物異的序列，接著通過與核孔復(fù)合體中核孔蛋白進(jìn)行相互作用，然后再將底物運(yùn)輸至細(xì)胞質(zhì)。在這個過程中，可溶性的轉(zhuǎn)運(yùn)受體大部分來自于一個獨(dú)立的核轉(zhuǎn)運(yùn)受體家族，該家族在行使功能過程中有一個關(guān)鍵性的輔助因子即GTP酶，主要提供運(yùn)輸過程中的能量，一旦底物被轉(zhuǎn)運(yùn)出細(xì)胞核，則GTP將變?yōu)镚DP，從而釋放出底物。體內(nèi)實驗表明pre-miRNA的3’末端大約兩個核苷酸長度的懸垂結(jié)構(gòu)（UU），對于其出核是非常重要的。

miRNA因其獨(dú)特的調(diào)節(jié)功能，使其成為當(dāng)前生物科學(xué)領(lǐng)域研究的熱點，miRNA的發(fā)現(xiàn)豐富了人們對蛋白質(zhì)合成控制的認(rèn)識，也是對基因調(diào)控理論的一個重要補(bǔ)充，實現(xiàn)了對靶mRNA分子更加全面細(xì)致的調(diào)節(jié)，更具時效性，展現(xiàn)了細(xì)胞內(nèi)基因表達(dá)調(diào)控全方位多層次的網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)。同時對中心法則中RNA次要的中介角色來說，miRNA的發(fā)現(xiàn)也是重要補(bǔ)充，基于此相關(guān)學(xué)者將重新思考細(xì)胞遺傳調(diào)控及其發(fā)育等方面的重要問題。通過對miRNA及參與miRNA生物合成相關(guān)蛋白質(zhì)的鑒定及特征分析，有利于我們深入理解這些蛋白的功能及其參與小RNA調(diào)控的機(jī)制，對闡明脊椎動物相關(guān)miRNA基因的起源、進(jìn)化機(jī)制也具有深遠(yuǎn)的意義。

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