生物信息學研究進展精選(九篇)

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第1篇：生物信息學研究進展范文

 

關鍵詞： 生物信息學 農(nóng)業(yè)研究領域 應用

“生物信息學”是英文單詞“bioinformatics”的中文譯名，其概念是1956年在美國田納西州gatlinburg召開的“生物學中的信息理論”討論會上首次被提出的［1］，由美國學者lim在1991年發(fā)表的文章中首次使用。生物信息學自產(chǎn)生以來，大致經(jīng)歷了前基因組時代、基因組時代和后基因組時代三個發(fā)展階段［2］。2003年4月14日，美國人類基因組研究項目首席科學家collins f博士在華盛頓隆重宣布人類基因組計劃（human genome project，hgp）的所有目標全部實現(xiàn)［3］。這標志著后基因組時代（post genome era，pge）的來臨，是生命科學史中又一個里程碑。生物信息學作為21世紀生物技術的核心，已經(jīng)成為現(xiàn)代生命科學研究中重要的組成部分。研究基因、蛋白質和生命，其研究成果必將深刻地影響農(nóng)業(yè)。本文重點闡述生物信息學在農(nóng)業(yè)模式植物、種質資源優(yōu)化、農(nóng)藥的設計開發(fā)、作物遺傳育種、生態(tài)環(huán)境改善等方面的最新研究進展。

1.生物信息學在農(nóng)業(yè)模式植物研究領域中的應用

1997年5月美國啟動國家植物基因組計劃（npgi），旨在繪出包括玉米、大豆、小麥、大麥、高粱、水稻、棉花、西紅柿和松樹等十多種具有經(jīng)濟價值的關鍵植物的基因圖譜。國家植物基因組計劃是與人類基因組工程（hgp）并行的龐大工程［4］。近年來，通過各國科學家的通力合作，植物基因組研究取得了重大進展，擬南芥、水稻等模式植物已完成了全基因組測序。人們可以使用生物信息學的方法系統(tǒng)地研究這些重要農(nóng)作物的基因表達、蛋白質互作、蛋白質和核酸的定位、代謝物及其調節(jié)網(wǎng)絡等，從而從分子水平上了解細胞的結構和功能［5］。目前已經(jīng)建立的農(nóng)作物生物信息學數(shù)據(jù)庫研究平臺有植物轉錄本（ta）集合數(shù)據(jù)庫tigr、植物核酸序列數(shù)據(jù)庫plantgdb、研究玉米遺傳學和基因組學的mazegdb數(shù)據(jù)庫、研究草類和水稻的gramene數(shù)據(jù)庫、研究馬鈴薯的pomamo數(shù)據(jù)庫，等等。

2.生物信息學在種質資源保存研究領域中的應用

種質資源是農(nóng)業(yè)生產(chǎn)的重要資源，它包括許多農(nóng)藝性狀（如抗病、產(chǎn)量、品質、環(huán)境適應性基因等）的等位基因。植物種質資源庫是指以植物種質資源為保護對象的保存設施。至1996年，全世界已建成了1300余座植物種質資源庫，在我國也已建成30多座作物種質資源庫。種質入庫保存類型也從單一的種子形式，發(fā)展到營養(yǎng)器官、細胞和組織，甚至dna片段等多種形式。保護的物種也從有性繁殖植物擴展到無性繁殖植物及頑拗型種子植物等［6］。近年來，人們越來越多地應用各種分子標記來鑒定種質資源。例如微衛(wèi)星、aflp、ssap、rbip和snp等。由于對種質資源進行分子標記產(chǎn)生了大量的數(shù)據(jù)，因此需要建立生物信息學數(shù)據(jù)庫和采用分析工具來實現(xiàn)對這些數(shù)據(jù)的查詢、統(tǒng)計和計算機分析等［7］。

3.生物信息學在農(nóng)藥設計開發(fā)研究領域中的應用

傳統(tǒng)的藥物研制主要是從大量的天然產(chǎn)物、合成化合物，以及礦物中進行篩選，得到一個可供臨床使用的藥物要耗費大量的時間與金錢。生物信息學在藥物研發(fā)中的意義在于找到病理過程中關鍵性的分子靶標、闡明其結構和功能關系，從而指導設計能激活或阻斷生物大分子發(fā)揮其生物功能的治療性藥物，使藥物研發(fā)之路從過去的偶然和盲目中找到正確的研發(fā)方向。生物信息學為藥物研發(fā)提供了新的手段［8，9］，導致了藥物研發(fā)模式的改變［10］。目前，生物信息學促進農(nóng)藥研制已有許多成功的例子。itzstein等設計出兩種具有與唾液酸酶結合化合物：4-氨基-neu5ac2en和4-胍基-neu5ac2en。其中，后者是前者與唾液酸酶的結合活性的250倍［11］。目前，這兩種新藥已經(jīng)進入臨床試驗階段。tang sy等學者研制出新一代抗aids藥物saquinavir［12］。pungpo等已經(jīng)設計出幾種新型高效的抗hiv-1型藥物［13］。楊華錚等人設計合成了十多類數(shù)百個除草化合物，經(jīng)生物活性測定，部分化合物的活性已超過商品化光合作用抑制劑的水平［14］。

現(xiàn)代農(nóng)藥的研發(fā)已離不開生物信息技術的參與，隨著生物信息學技術的進一步完善和發(fā)展，將會大大降低藥物研發(fā)的成本，提高研發(fā)的質量和效率。

4.生物學信息學在作物遺傳育種研究領域中的應用

隨著主要農(nóng)作物遺傳圖譜精確度的提高，以及特定性狀相關分子基礎的進一步闡明，人們可以利用生物信息

學的方法，先從模式生物中尋找可能的相關基因，然后在作物中找到相應的基因及其位點。農(nóng)作物的遺傳學和分子生物學的研究積累了大量的基因序列、分子標記、圖譜和功能方面的數(shù)據(jù)，可通過建立生物信息學數(shù)據(jù)庫來整合這些數(shù)據(jù)，從而比較和分析來自不同基因組的基因序列、功能和遺傳圖譜位置［15］。在此基礎上，育種學家就可以應用計算機模型來提出預測假設，從多種復雜的等位基因組合中建立自己所需要的表型，然后從大量遺傳標記中篩選到理想的組合，從而培育出新的優(yōu)良農(nóng)作物品種。

5.生物信息學在生態(tài)環(huán)境平衡研究領域中的應用

在生態(tài)系統(tǒng)中，基因流從根本上影響能量流和物質流的循環(huán)和運轉，是生態(tài)平衡穩(wěn)定的根本因素。生物信息學在環(huán)境領域主要應用在控制環(huán)境污染方面，主要通過數(shù)學與計算機的運用構建遺傳工程特效菌株，以降解目標基因及其目標污染物為切入點，通過降解污染物的分子遺傳物質核酸 dna，以及生物大分子蛋白質酶，達到催化目標污染物的降解，從而維護空氣［16］、水源、土地等生態(tài)環(huán)境的安全。

美國農(nóng)業(yè)研究中心（ars） 的農(nóng)藥特性信息數(shù)據(jù)庫（ppd） 提供 334 種正在廣泛使用的殺蟲劑信息，涉及它們在環(huán)境中轉運和降解途徑的16種最重要的物化特性。日本豐橋技術大學（toyohashi university of technology） 多環(huán)芳烴危險性有機污染物的物化特性、色譜、紫外光譜的譜線圖。美國環(huán)保局綜合風險信息系統(tǒng)數(shù)據(jù)庫（iris） 涉及 600種化學污染物，列出了污染物的毒性與風險評價參數(shù)，以及分子遺傳毒性參數(shù)［17］。除此之外，生物信息學在生物防治［18］中也起到了重要的作用。網(wǎng)絡的普及，情報、信息等學科的資源共享，勢必會創(chuàng)造出一個環(huán)境微生物技術信息的高速發(fā)展趨勢。

6.生物信息學在食品安全研究領域中的應用

食品在加工制作和存儲過程中各種細菌數(shù)量發(fā)生變化，傳統(tǒng)檢測方法是進行生化鑒定，但所需時間較長，不能滿足檢驗檢疫部門的要求，運用生物信息學方法獲得各種致病菌的核酸序列，并對這些序列進行比對，篩選出用于檢測的引物和探針，進而運用pcr法［19］、rt-pcr法、熒光rt-pcr法、多重pcr［20］和多重熒光定量pcr等技術，可快速準確地檢測出細菌及病毒。此外，對電阻抗、放射測量、elisa法、生物傳感器、基因芯片等［21-25］技術也是未來食品病毒檢測的發(fā)展方向。

轉基因食品檢測是通過設計特異性的引物對食品樣品的dna提取物進行擴增，從而判斷樣品中是否含有外源性基因片段［26］。通過對轉基因農(nóng)產(chǎn)品數(shù)據(jù)庫信息的及時更新，可準確了解各國新出現(xiàn)和新批準的轉基因農(nóng)產(chǎn)品，便于查找其插入的外源基因片段，以便及時對檢驗方法進行修改。目前由于某些通過食品傳播的病毒具有變異特性，以及檢測方法的不完善等因素影響，生物信息學在食品領域的應用還比較有限，但隨著食品安全檢測數(shù)據(jù)庫的不斷完善，相信相關的生物信息學技術將在食品領域發(fā)揮越來越重要的作用。

生物信息學廣泛用于農(nóng)業(yè)科學研究的各個領域，但是僅有信息資源是不夠的，選出符合自己需求的生物信息就需要情報部門，以及信息中介服務機構提供相關服務，通過出版物、信息共享平臺、數(shù)字圖書館、電子論壇等信息媒介的幫助，科研工作者可快速有效地找到符合需要的信息。目前我國生物信息學發(fā)展還很不均衡，與國際前沿有一定差距，這需要從事信息和科研的工作者們不斷交流，使得生物信息學能夠更好地為我國農(nóng)業(yè)持續(xù)健康發(fā)展發(fā)揮作用。

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第2篇：生物信息學研究進展范文

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

論文關鍵詞：生物信息學；課堂研討；案例分析

21世紀是生命科學的世紀，生物技術飛速發(fā)展，生物學數(shù)據(jù)大量積累。而生物信息學正是在這種大背景下蓬勃興起的交叉型學科，旨在用信息學方法解決生物學問題。為了培養(yǎng)復合型人才，大力發(fā)展交叉學科，國防科技大學（以下簡稱“我校”）近年來面向全校理工科研究生開設了“生物信息學”選修課程。

“生物信息學”作為新興的交叉學科，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涉及的生物、計算機、數(shù)學等多個學科的交叉與融合。從20世紀90年代到現(xiàn)在，該學科發(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)過認真分析，選定研討式教學作為該課程的主要授課方式。研討式教學即研究討論式教學，是將研究與討論貫穿于教學的全過程。在教師的具體指導下，充分發(fā)揮學生的主體作用，通過自我學習、自我教育、自我提高來獲取知識和強化能力培養(yǎng)。通過確立教學目標，精心設計和組織教學內(nèi)容，在實踐中貫徹研討式教學理念和方法，在生物信息學課程中對研討式教學模式進行了理論探索和實踐創(chuàng)新。

一、教學目標的確立

合理的課程目標與定位是決定課程建設成敗和教學效果的基礎，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，教學對象是研究生，已具備一定的自主學習和創(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，讓學生具備獨立思考問題、分析問題和解決問題的能力。其次，作為軍校學生，以后從事的工作可能涉及很多學科方向，展現(xiàn)如何針對一門新的學科方向進行研究的整體思路顯得很有意義。最后，考慮到學生不同的知識背景，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，讓每個學生都能有所收獲。因此，確立教學目標為：介紹生物信息學的基本概念和方法，通過案例分析展現(xiàn)科學研究的基本方法和實踐過程。

二、教學內(nèi)容的設計和組織

1.教學內(nèi)容的總體設計

確定了教學目標之后，需要對課程的教學內(nèi)容進行總體設計。參考國內(nèi)外多所高校的相關課程設置，如北京大學的“生物信息學導論”、中科大的“生物信息學”、中科院的“生物信息學與系統(tǒng)生物學”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)的學生開設，側重于方法學介紹。而我校學生大部分是工科背景，對于統(tǒng)計和機器學習方法有一定基礎，重點是了解相關的生物學問題，并應用已有的工科知識去分析和解決這些問題。同時，隨著生物信息學的快速發(fā)展，研究領域不斷擴大，有必要展現(xiàn)該學科的最新進展。

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

進一步，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行深入探討。鼓勵學生應用所學知識，結合自身的專業(yè)背景，通過積極地思考和討論提出相應的解決方案。案例選擇為教師有一定研究基礎的開放性問題，一方面介紹已有的研究成果，一方面結合教師的研究體會，通過積極討論拓展新的研究思路。案例分析課有助于學生更多地參與課堂研討，對于知識的綜合應用和科學研究過程產(chǎn)生切身體會。

2.教學內(nèi)容的組織

研討式教學的關鍵是調動學生的積極性，鼓勵學生踴躍地參與課堂討論，提出自己的觀點。通過集中備課，學習和吸取老教師的成功經(jīng)驗，總結調動學生積極性的基本要素，對授課內(nèi)容進行了認真的組織和編排。

（1）重點突出，詳略得當。由于生物信息學涵蓋內(nèi)容非常豐富，有必要對課程內(nèi)容進行取舍，在保證知識面的基礎上，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調，以深化學生的理解。只有學生對重點內(nèi)容理解透徹，才能激發(fā)出濃厚的學習興趣，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)生物信息學中基本的概念和方法。學生往往關注與日常生活休戚相關的內(nèi)容，期望能用所學知識解釋常見現(xiàn)象，因此實例選擇應貼近生活體驗。課件中準備了大量的實例，例如，在講完構建進化樹之后，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；在蛋白質結構部分，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，增加學生對于所學知識的理解和參與課堂研討的積極性。

（3）設置思考題，留出想象空間。針對重要的知識點，預先設置思考題，以啟發(fā)和擴展學生思路。生物信息學作為一門新興學科，存在大量沒有確定結論的開放性問題，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)學生的學習興趣，開闊其視野。

三、研討式教學的開展

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

1.因材施教

在“生物信息學”課程中，學生的專業(yè)背景不盡相同，少部分學生來自生物專業(yè)，其他大部分是工科背景，如自動化、計算機仿真和認知科學等。因此，在主題的選擇和研討環(huán)節(jié)的設計上，應充分考慮到學生的需求和背景知識，發(fā)掘大家共同的興趣點。實踐證明，不同的學科背景可以有效地促進交流，提供對于同一問題的不同視角。例如，生物專業(yè)的學生可以解釋有關生物技術的問題，而仿真專業(yè)的學生對于系統(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)容是生物學基礎，教師針對這部分內(nèi)容進行了充分準備，包括大量的圖片和動畫，并穿插了很多科學家的故事。但授課效果不盡理想，到了預設問題的環(huán)節(jié)，只有一兩個學生參與討論，大部分學生都一臉茫然。通過及時溝通，發(fā)現(xiàn)了兩個問題。一是背景知識不夠，學生對于預設問題了解不多；二是重要性認識不足，學生認為生物學的基礎知識與本課程的學習關系不大?？紤]到學生的疑問，對授課內(nèi)容進行及時調整，進一步強調所學知識對于生物信息學的意義，并通過具體實例激發(fā)學生的學習興趣。在實例的啟發(fā)下，學生開展了積極的討論，加深了對于所學知識的認識。開展研討式教學，應以學生為主體，及時地溝通發(fā)現(xiàn)課堂中存在的問題，并相應地調整授課內(nèi)容。即使教師講得天花亂墜，如果學生知其然，不知其所以然，也不可能達到好的授課效果。

3.審時度勢

課堂研討開展的時機很重要。例如，當講到生物信息學概況時，學生反應不是很強烈。而當教師結合自身經(jīng)驗談研究體會時，學生很有興趣，表情變得活躍，適合開展課堂討論。此時，可以組織學生交流學習目的、預期和存在的疑問，以便教師進行有針對性地授課。研討式教學一方面強調學生的主體地位，一方面要求教師發(fā)揮主導作用，密切注意學生動向，發(fā)現(xiàn)學生的興趣點，引導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，學生往往能夠主動發(fā)問，提出不同觀點，而不拘泥于預先設置的問題。實踐證明，通過學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)學生自主思考并積極討論，分析該領域可能存在的問題和發(fā)展方向。當講到后續(xù)內(nèi)容時，學生有了一定的心理預期，很想了解該領域的研究現(xiàn)狀和發(fā)展趨勢，以驗證與預期是否一致。同時，自主提問對于生物信息學研究有很好的推動作用，學生經(jīng)常能夠獨辟蹊徑，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，鼓勵學生結合所學知識選擇感興趣的專題，閱讀相關文獻并進行課堂報告。由于學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，以深化學生對問題的理解。課堂報告可以全面地鍛煉學生的表達能力、寫作能力和創(chuàng)新思維能力，提高學生的綜合素質。

第3篇：生物信息學研究進展范文

關鍵詞：石榴；二氫黃酮醇 4-還原酶（DFR）；生物信息學；理化性質；跨膜結構

中圖分類號：Q811.4文獻標識號：A文章編號：1001-4942（2013）04-0008-04

基于生物學試驗數(shù)據(jù)，由分子生物學和信息科學技術相結合的生物信息學已成為后基因組時代用于揭示和探索生命奧秘的重要方法[8，9]。本研究采用生物信息學的方法，以石榴為重點，對紅花石榴、粉花石榴、姜荷花、芍藥、水母雪蓮、大麗花、瓜葉菊和蘭花等植物DFR核苷酸及相應氨基酸序列的外顯子、理化特性、親水性/疏水性和跨膜結構等進行預測和推斷，以期為深入開展二氫黃酮醇4-還原酶的酶學特性、花色素苷生物合成的分子機制等提供理論依據(jù)。

1材料與方法

11數(shù)據(jù)

12方法

DFR基因核苷酸序列分析采用在線軟件 GENE SCAN 進行；DFR基因編碼蛋白的理化性質采用Protparam 預測；疏水性/親水性采用ProtScale進行預測；跨膜結構域采用 TMPred 預測。各分析軟件的網(wǎng)站見表 1。

2結果與分析

21核苷酸序列的外顯子分析

一般認為，P 值表示分析結果為外顯子的可能性，當 P>099 時為外顯子可能性極高；050

22氨基酸序列的理化性質分析

利用在線分析軟件Protparam分別對石榴、姜荷花、芍藥、水母雪蓮、大麗花、瓜葉菊和蘭花等植物DFR氨基酸序列的理化性質進行分析，結果（表3）表明，這幾種植物DFR氨基酸殘基數(shù)差異較大，分別編碼280～1 345個氨基酸殘基不等。幾種植物的分子量大小差異也較大，粉花石榴DFR分子量最小為36 2487 D，姜荷花DFR分子量最大為108 3167 D。等電點PI差異較小，均在5左右。幾種植物中，含量最豐富的氨基酸是Ala、Gly、Cys和Thr，帶正電荷和負電荷氨基酸數(shù)均為0。通常不穩(wěn)定系數(shù)小于 40 時，預測對應蛋白質在試驗中比較穩(wěn)定，反之則不穩(wěn)定。因此，除粉花石榴和紅花石榴中DFR屬于不穩(wěn)定蛋白質外，其余均屬于穩(wěn)定蛋白。

23疏水性/親水性的預測與分析

利用在線分析軟件ProtScale的Kyte and Doolittle算法對二氫黃酮醇還原酶進行疏水/親水性分析（正值表示疏水性，負值表示親水性，介于+05～-05 之間主要為兩性氨基酸）。結果（表4）表明，紅花石榴（圖1，其它幾種植物的圖片分析結果未列出）和粉花石榴的DFR蛋白存在明顯的疏水區(qū)和親水區(qū)，其中第141位最低，為-0222，第216位最高，值為2022，為親水性蛋白。

3討論與結論

通過在線分析工具和生物軟件對紅花石榴、粉花石榴、姜荷花、芍藥、水母雪蓮、大麗花、瓜葉菊和蘭花等植物進行分析，結果表明這幾種植物的DFR基因都存在1個外顯子。氨基酸序列的理化性質分析表明，粉花石榴和紅花石榴的二氫黃酮醇還原酶蛋白屬于不穩(wěn)定蛋白，其余幾種植物屬于穩(wěn)定性蛋白。幾種觀賞植物DFR基因中，含量最豐富的氨基酸是Ala、Gly、Cys和Thr，這與陳大志等[8]在擬南芥等植物上得到的含量最豐富的氨基酸基本均為Ala、Glu、Leu、Lys和Val不一致，可能與物種自身的特性有關。除紅花石榴和粉花石榴外，其它植物的蛋白質均為穩(wěn)定蛋白質。

疏水性是20種氨基酸都固有的特性，即氨基酸遠離周圍水分子，將自己包埋進蛋白質核心的相對趨勢，通過了解肽鏈中不同肽段的疏水性，可以對跨膜蛋白的跨膜結構域進行預測[11]。因此，疏水性/親水性的預測和分析，對蛋白二級結構的預測及功能結構域的分選提供了重要的參考依據(jù)。本試驗結果表明，幾種植物DFR蛋白中親水性氨基酸和疏水性氨基酸均勻分布在整條肽鏈中，親水性氨基酸多于疏水性氨基酸，均為親水性蛋白，存在疏水區(qū)和親水區(qū)，疏水位點和親水位點個數(shù)不同，這與肖繼坪等[12]在馬鈴薯上的研究結果一致。

跨膜結構是蛋白質通過與膜內(nèi)在蛋白的靜電相互作用和氫鍵鍵合作用與膜結合的一段氨基酸片段，一般由 20 個左右的疏水性氨基酸殘基組成，主要形成α- 螺旋[13～14]。本試驗結果表明，幾種植物DFR蛋白存在強烈推薦和可選擇2種跨膜模型，存在不同數(shù)量的跨膜螺旋，這為正確認識和理解蛋白質的功能、結構、分類、方位及細胞中的作用部位等均有重要的意義。

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第4篇：生物信息學研究進展范文

草魚過氧化氫酶全長cDNA的克隆、序列同源分析與組織表達

雞β-防御素-1真核表達載體構建及其在Flp-In-293細胞中的表達

歡迎訂閱《動物學研究》

中國荷斯坦牛和魯西黃牛mtDNAD-loop序列多態(tài)性分析

Ⅰ群禽腺病毒Hexon蛋白的截短表達與鑒定

歡迎訂閱2012年《遺傳學報》和《遺傳》雜志

大黃歐文氏菌蔗糖異構酶控制產(chǎn)物特異性基序的定點突變

歡迎訂閱2012年《分子植物育種》

水稻白葉枯病菌基因XOO2193的突變體構建及其毒力和胞外多糖分析

內(nèi)含子數(shù)量改變GUS基因的瞬時表達調控

2012年《雜交水稻》征訂啟事

十字花科黑腐病菌hrpG基因原核表達

辣椒脈斑駁病毒文昌分離物基因組測序及分析

用基因組改組技術改良發(fā)酵木糖酵母CandidatropicalisXY-19的耐乙醇性能

玉米尿卟啉原Ⅲ脫羧酶同功酶生物信息學分析、基因克隆和原核表達

美國俄亥俄州南部兩種不同間伐強度對森林可燃物載量和碳的影響(英文)

小麥3個NAC轉錄因子基因克隆與功能分析

海蓬子中高親和鉀離子轉運體SbHKT1基因的克隆、表達及生物信息學分析

遺傳轉化KN1基因促進毛果楊外植體再生

蠟樣芽孢桿菌ATCC14579毒力基因plcR缺失株的構建及其一般特性

3株抗水稻和荔枝病原菌的海洋真菌的分離鑒定

斑鱧、烏鱧及其雜交種遺傳差異的AFLP分析

孑遺植物中華桫欏2個群體遺傳多樣性的ISSR分析

新型超級細菌NDM-1可能全球蔓延

甘藍SSR標記在近緣種青花菜的通用性及其應用

甘肅本地產(chǎn)當歸、黃芪和大黃的rDNAITS序列分析

7份不同產(chǎn)地野生甜茶FTIR指紋圖譜及其甜茶苷含量比較分析

響應面分析法優(yōu)化家蠶1-脫氧野尻霉素的稀酸浸提工藝

云南省4種蕨類植物提取液的抑菌活性

商陸不同極性、根和莖提取物的抑菌性能分析

紅頰草莓離體培養(yǎng)及其增殖過程中可溶性蛋白研究

金柑LEAFY同源基因克隆與全序列分析

去透明帶體細胞核移植的牛囊胚質量檢測

美國紅魚珠蛋白鏈的分離及其和α-珠-β蛋白基因的克隆

南寧吳圩國際機場春季鳥類研究

日糧纖維對生長豬生長性能和胴體組成的影響

百色市鴨疫里默氏桿菌病的流行病學及其病原的分離與鑒定

微胚乳超高油玉米幾個性狀的配合力研究

優(yōu)質高產(chǎn)晚秈新組合博優(yōu)258的選育與應用

氮肥運籌對晚稻產(chǎn)量和氮素利用率的影響

硼對烤煙硼、鉀積累及碳氮代謝的影響

菜心耐Cd性的基因型差異及其機制研究

GIS、RS與3DSMAX在園林三維景觀設計中的應用

高效液相色譜法測定發(fā)酵醪中的γ-氨基丁酸

丹參糖蛋白的提取精制及其理化性質研究

陰離子交換樹脂固定化果膠酶及其酶學性質的研究

加快發(fā)展梧州市特色農(nóng)產(chǎn)品產(chǎn)業(yè)化的研究

指紋圖譜技術在動物腸道微生物多樣性研究中的應用

第5篇：生物信息學研究進展范文

關鍵詞 馬鈴薯；轉錄組測序；研究進展

中圖分類號 S532 文獻標識碼 A 文章編號 1007-5739（2015）13-0081-01

馬鈴薯是繼水稻、玉米、小麥的第四大糧食作物在我國馬鈴薯將啟動主糧化戰(zhàn)略。獲取特定基因轉錄組測序信息對于了解馬鈴薯特定表型相關的基因表達情況尤其重要。轉錄組測序技術是用大規(guī)模測序技術直接對cDNA序列進行測序，使得其基因組區(qū)域序列的數(shù)量可以定量這一基因組區(qū)域的轉錄水平。其優(yōu)點為成本低、通量高、靈敏度高，不需要克隆的步驟，操作簡單，應用領域廣，對于未知其基因組序列的物種或已知其基因組序列信息的物種，可得到低轉錄水平的表達基因[1]。

1 轉錄組測序技術及測序平臺

截至目前，有3種轉錄組測序平臺在使用Roche公司的454測序平臺、ABI公司的SOLiD測序技術和Illumina公司的Solexa測序技術[2]。應用最早的高通量測序技術是454測序技術，為基于焦磷酸測序法的測序系統(tǒng)，測序原理是通過合成反應而測序。與其他2種測序技術相比，單次測序長度最長，可對未知基因組從頭測序，通量較低，準確性低。因此，目前該技術已基本不用。SOLiD測序技術原理是使用連接法測序獲得基于“雙堿基編碼原理”。相對其他2種測序方法，準確性最高，尤其適合單堿基變異的檢測。但測序讀長較短且受反應輪數(shù)限制，不利于從頭測序后進行拼接。Solexa測序系統(tǒng)是全世界最先進、最經(jīng)濟的測序平臺。優(yōu)點為單次測序可得較大數(shù)據(jù)量，得到更高覆蓋率，檢測到較多低豐度轉錄本，且重現(xiàn)性高、誤差小等，在有參考基因組序列的物種的轉錄組分析中占有優(yōu)勢。

2 轉錄組的測序和分析

對馬鈴薯合適的組織或器官進行總RNA的提取，樣品經(jīng)過檢測合格之后，用磁珠富集 mRNA。隨后用六堿基隨機引物合成第1條cDNA鏈，加入緩沖液等合成第2條cDNA鏈。隨后純產(chǎn)物末端進行修復、測序接頭的加A尾及進行連接。然后選擇片段的大小，PCR富集獲得所需的cDNA文庫。測序儀對構建好的文庫進行測序，原始數(shù)據(jù)進行過濾、處理及質量評估，已知參考基因組進行序列信息比對，可變剪切分析、差異表達基因分析和差異基因功能注釋分析等。

3 馬鈴薯轉錄組的應用

3.1 發(fā)現(xiàn)新基因

目前，基因組測序的功能注釋還不夠完備，而對基因優(yōu)化可以通過轉錄組測序技術進行，深入比較分析已知基因組注釋模型與轉錄組測序結果可以挖掘該物種的新基因及完善其基因組的注釋。張 琳等[3]通過對模式植物擬南芥3個發(fā)育階段的種子進行轉錄組測序和生物信息學分析，已有基因注釋與其高豐度轉錄區(qū)域比較發(fā)現(xiàn)，幾個基因的注釋進行了補充修改完善，結果預測了2個新基因。同樣，對馬鈴薯轉錄組進行測序分析能夠發(fā)現(xiàn)新基因。

3.2 差異基因篩選

截至目前，基因功能的分類有KEGG功能和GO功能?；虻墓δ茏⑨尀樵谝延袛?shù)據(jù)庫中未知基因序列進行相似性分析，推測其未知的基因功能。有報道利用花生不同發(fā)育期的地下部果針及地上部果針進行轉錄組測序。結果進行GO功能和KEGG代謝通路分析，以及基因的差異表達分析，結果表明，在差異表達的基因中地下部果針和地上部果針都有轉錄本差異的表達顯著上調。在地上部果針中與光合和衰老相關的基因表達是顯著性上調的，其基因可能是阻止果針膨大進而導致敗育的。馬鈴薯的轉錄組研究也存在著差異基因的顯著上調和下調，這為篩選馬鈴薯不同品種的差異基因提供依據(jù)[4-5]。

3.3 遺傳育種

轉錄組的分子遺傳育種是在轉錄組測序的序列水平及表達量水平進行分析，轉錄組測序針對基因組外顯子區(qū)域上的編碼序列進行測序，篩選丟棄了沒有編碼功能的內(nèi)含子區(qū)，對了解基因通過相互作用創(chuàng)造復雜的表現(xiàn)型提供更加直接的依據(jù)。有研究對栽培番茄品種及其野生近緣種進行轉錄組的測序，結果表明，在基因的序列水平和表達水平上野生種和栽培種存在著變異。其轉錄組分析表明進化瓶頸對其的影響，在人工栽培的紅色果肉的番茄及野生近緣品種的綠色果肉番茄中與果色相關的基因表現(xiàn)為快速進化，結果顯示野生近緣番茄和人工栽培番茄存在著自然選擇和人工選擇的廣泛影響。馬鈴薯不同品種的轉錄組分析表明，人工選擇和環(huán)境條件的變化是馬鈴薯品種對抗感病的選擇[6-7]。

4 展望

目前，轉錄組測序技術已在醫(yī)學和農(nóng)學等基礎研發(fā)領域獲得廣泛的應用。馬鈴薯的轉錄組測序利用范圍也比較廣，包含不同的環(huán)境條件下，不同的發(fā)育階段，不同的器官組織及其野生近緣種等。研究方向是抗病新基因發(fā)現(xiàn)、免疫互作、遺傳育種等方面。在未來，轉錄組測序應用于馬鈴薯的前景會非常廣闊，因為測序技術的不斷發(fā)展和生物信息學分析其測序結果會越來越真實可靠。

5 參考文獻

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第6篇：生物信息學研究進展范文

【關鍵詞】傳染病信息學；癥狀監(jiān)剝；數(shù)據(jù)庫

【文章編號】1004-7484（2014）07-4196-01

在交通高速發(fā)達的全球化現(xiàn)代社會，無論是自然發(fā)生的傳染病，還是因生物恐怖襲擊導致的傳染病，都有可能造成人員和經(jīng)濟上的損失。我國公共衛(wèi)生系統(tǒng)的不同業(yè)務領域運行著眾多相互獨立的信息系統(tǒng)，它們雖然能夠為各級政府決策提供很多依據(jù)，但是由于各地、各部門的信息系統(tǒng)建設缺乏標準化系統(tǒng)的支撐，導致了不同系統(tǒng)之間的數(shù)據(jù)難以共享、交換，出現(xiàn)信息孤島的現(xiàn)象，管理部門難以對不同地區(qū)、不同部門的資源進行有效的整合，使信息系統(tǒng)作用受到很大的限制。本文中，筆者將通過討論傳染病信息學研究目的、研究內(nèi)容以及核心技術，著重介紹傳染病信息學在癥狀監(jiān)測中的應用。

1傳染病信息學的主要研究目的及研究內(nèi)容

傳染病信息學作為管理和分析傳染病相關數(shù)據(jù)的一門新興學科，旨在發(fā)展收集、共享、報告、分析傳染病數(shù)據(jù)和數(shù)據(jù)的可視化技術，對傳染病領域的信息管理和分析問題進行系統(tǒng)的研究，為植物、動物以及人類傳染病的預防、監(jiān)測、處理傳染病提供數(shù)據(jù)和決策支持。因此，傳染病信息學的研究成果，不僅能夠應對可能遭受的生物恐怖襲擊，還可以推動公共衛(wèi)生機構的發(fā)展。

傳染病信息學的研究涉及多個學科，其研究內(nèi)容不但涉及管理信息系統(tǒng)、運籌學、動力學系統(tǒng)、生物信息學、生物統(tǒng)計學，還涉及心急技術領域的多個分支，如數(shù)據(jù)可視化技術、數(shù)據(jù)挖掘、信息整合等。此外，傳染病信息學研究還直接涉及很多政策性課題，如部門內(nèi)部與部門之間的合作、數(shù)據(jù)權限控制盒數(shù)據(jù)所有權等。

由于信息需要在不同信息管理系統(tǒng)、不同地點之間達到共享和匯總，加之傳染病信息系統(tǒng)所需的基本功能為獲取、存儲和檢索信息，因此傳染病信息管理系統(tǒng)應該通過網(wǎng)絡分布的數(shù)據(jù)存儲結構，使用可共用標準的數(shù)據(jù)共享協(xié)議。

傳染病信息學主要研究內(nèi)容包括：⑴數(shù)據(jù)共享和相關的激勵機制問題，在傳染病信息管理系統(tǒng)在運行過程中，需要給所有的數(shù)據(jù)提供商一定的激勵措施，保證在運行中長期共享傳染病信息；⑵與警報和數(shù)據(jù)傳播相關的問題，即在什么情況下，向什么單位或個人發(fā)出什么類型的警報信息；⑶與數(shù)據(jù)權限控制和數(shù)據(jù)所有權等相關的問題，即誰可以集中、讀寫或者分發(fā)數(shù)據(jù)，誰可以擁有數(shù)據(jù)庫和衍生數(shù)據(jù)；⑷與法律有關的問題，很多與數(shù)據(jù)管理相關的法律、法規(guī)將直接影響傳染病信息系統(tǒng)的設計和操作。

2傳染病信息學的主要核心技術

傳染病信息系統(tǒng)提供數(shù)據(jù)支持所需的主要核心技術包括：數(shù)據(jù)導入和權限控制、系統(tǒng)結構和通信傳輸、數(shù)據(jù)標準。

2.1 數(shù)據(jù)導入和權限控制。由于數(shù)據(jù)共享和數(shù)據(jù)保密性的要求，數(shù)據(jù)導入和權限控制在傳染病信息學應用中尤為重要，并且對其有獨特的要求，數(shù)據(jù)導入和控制負責檢查基礎信息來源提供的數(shù)據(jù)可靠性和完整性，通過限制用戶接觸敏感數(shù)據(jù)來控制權限。在傳染病信息學的應用中，用戶進入權限有別于一個未授權過的用戶會被拒絕進入一個特定的模塊這種簡單的權限控制，例如，一個地方公共衛(wèi)生官員雖然可以進入他管轄區(qū)收集的數(shù)據(jù)庫，但是卻不能再沒有授權的情況下進入臨近管轄區(qū)的數(shù)據(jù)庫，這種通過授權的方式以某種聚集的形式訪問數(shù)據(jù)庫的途徑可以有效的保證傳染病信息系統(tǒng)的數(shù)據(jù)安全。

2.2信息結構和信息傳輸。目前我國幾乎所有的醫(yī)院都支持臨床和醫(yī)療行政管理，中信息傳輸?shù)闹鲗藴蔋ealth Level 7（（HL7），現(xiàn)在已經(jīng)升級到3.0版本，其功能更加靈活和強大。對于生物反恐和傳染病信息系統(tǒng)內(nèi)部機系統(tǒng)間的通信力言，HL73.0版本的參考信息模式提供了必要的結構，使信息通信含義清楚并維持了數(shù)據(jù)元素間的結構關系。

2.3數(shù)據(jù)標準。數(shù)據(jù)標準對統(tǒng)一疾病報告和監(jiān)測中的相關數(shù)據(jù)形式，促進傳染病信息系統(tǒng)之間的數(shù)據(jù)共享至關重要。從數(shù)據(jù)標準在保健和公共衛(wèi)生信息學中的應用效果來看，數(shù)據(jù)標準雖然很大程度上減少了挖掘、聚合、理解數(shù)據(jù)時的問題，但是也帶來了大量概念上的混亂和實施中的困難。我國自2004年也開始了對公共衛(wèi)生信息系統(tǒng)數(shù)據(jù)元標準和基本數(shù)據(jù)集的研究，并取得了很大進展。

3傳染病信息學在癥狀監(jiān)測中的應用

傳染病信息學的主要應用領域之一就是癥狀監(jiān)測，近十年來，我國癥狀監(jiān)測在理論與實踐方面都取得了很大的進展，其中評價癥狀監(jiān)測系統(tǒng)的關鍵因素為系統(tǒng)檢測疾病爆發(fā)或生物恐怖的有效性、陽性預測值、敏感性、及時性。傳統(tǒng)的癥狀監(jiān)測以實驗室診斷為主，這樣疾病診斷過程就需要很長時間，違背的癥狀監(jiān)測的及時性原則。癥狀監(jiān)測作為針對公共衛(wèi)生監(jiān)測早期一場癥狀專用數(shù)據(jù)的一整套連續(xù)的、系統(tǒng)的預警、分析和收集方法，可以對可能的傳染病和生物恐怖襲擊進行實時的監(jiān)測，以信息技術為基礎，實時向國家、地方一級醫(yī)院提供及時、有價值的信息，為公共衛(wèi)生反應贏得時間。本節(jié)將從癥狀監(jiān)測的角度進一步展開傳染病信息學技術問題的討論。

癥狀監(jiān)測系統(tǒng)可以分為以下四個模塊⑴數(shù)據(jù)來源和采集，數(shù)據(jù)來源包括公共衛(wèi)生實驗室監(jiān)測結果、緊急醫(yī)療救助120電話記錄、企事業(yè)單位缺勤率、口罩衛(wèi)生紙等醫(yī)療用品的銷售量、藥店非處方藥銷售情況以及醫(yī)院急診室病人訪問情況等。初步研究為評估數(shù)據(jù)的有效性，并研究它們在癥狀監(jiān)測的信息特性化能力、及時性等方面的不同。收集數(shù)據(jù)需要安全水平較高的專用計算機網(wǎng)絡；⑵癥狀分類，目前大部分癥狀監(jiān)測系統(tǒng)使用主訴作為數(shù)據(jù)的一個主要來源，很多基于信息檢索和文本處理的分類方法，通過分類可以幫助辨別疾病對公共衛(wèi)生的威脅程度；⑶數(shù)據(jù)分析和癥狀監(jiān)測，目前自動數(shù)據(jù)分析與預警中常用的算法都是基于異常監(jiān)測的，包括人工智能方法和經(jīng)典的統(tǒng)計方法，考慮到?jīng)]有一個單獨的算法可以覆蓋所有的可能情況，所有一個監(jiān)測系統(tǒng)需要利用一種以上的算法，量化從監(jiān)測數(shù)據(jù)中觀察到的傳染病暴發(fā)的可能性；⑷數(shù)據(jù)可視化，通過一個普適性的可視化環(huán)境，便于與用戶進行數(shù)據(jù)分析和結果共享。

4結束語

傳染病信息學作為一門專門用來管理和分析傳染病相關數(shù)據(jù)的新興學科，目前已經(jīng)廣泛應用于癥狀監(jiān)測中，能夠及時的收集和分析數(shù)據(jù)，預診斷信息。對監(jiān)測結果進行預測和分析將是下一步研究熱點。

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第7篇：生物信息學研究進展范文

關鍵詞：櫻桃；CBF基因；克??；序列分析

中圖分類號：S662.503.4文獻標識號：A文章編號：1001-4942（2014）10-0012-04

3結論

植物CBF/DREB類基因在非生物逆境響應

過程中具有重要功能。本研究成功克隆了櫻桃砧木吉塞拉6號CBF基因的全長，并對其進行序列和遺傳進化分析。該試驗結果為進一步研究櫻桃CBF基因的功能及冷誘導途徑奠定了基礎，也為該種櫻桃的抗寒能力研究和抗冷系育種提供了理論依據(jù)。

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第8篇：生物信息學研究進展范文

秦嶺火地塘林區(qū)外生菌根真菌的初步調查

觀賞植物菌根真菌多樣性研究進展

生殖細胞早期發(fā)生與減數(shù)分裂啟動調節(jié)機制的研究進展

節(jié)水灌溉制度對冬小麥品質和產(chǎn)量的協(xié)同調控效應

COⅠ基因不同片段在蘋果小卷葉蛾遺傳分化中的應用研究

幾種蘋果矮化砧木的抗寒性研究

大白菜花青素含量及色差指標相關性研究

蔬菜作物輪作對嫁接西瓜植株生理代謝與生長的影響

條斑紫菜Rab1基因的克隆與生物信息學分析

n-3多不飽和脂肪酸脫氫酶基因fat-1在人肺癌細胞H460內(nèi)的表達

四種藥物對路氏錐蟲的體外殺滅效果試驗

魚腸道弧菌免疫檢測方法的研究

碳含量不同對ZrO_2-C復合材料抗保護渣侵蝕性能的影響

基于改進的相似度判別的氣象傳真圖底圖去除方法

一種高效率的PFC無源無損緩沖電路

微芯片電泳分離和化學發(fā)光檢測聯(lián)用的微型化體系的研究

青島農(nóng)大培育的旱地小麥新品種“青麥7號”畝產(chǎn)破600kg

青島農(nóng)業(yè)大學引種繁育加拿大大海帶獲成功

叢枝菌根真菌對番茄植株內(nèi)源激素含量的影響

中國牡丹主栽培區(qū)根圍土壤中的叢枝菌根真菌的分離鑒定

花生組培苗嫁接技術的研究

青島農(nóng)大4個玉米新品種成功轉讓1500多萬元

不同灌水處理對冬小麥產(chǎn)量品質的影響

低溫脅迫對葡萄品種梅鹿輒和貝達活性氧代謝的影響

蘋果組織總RNA提取方法的比較研究

條件培養(yǎng)基對昆蟲細胞BTI-Tn5B1-4及克隆株特性的影響

根結線蟲卵寄生真菌蠟蚧菌(Lecanicilliumlecanii)產(chǎn)生的幾丁質酶活性

熱應激條件下小鼠組織HSP70基因表達譜的研究

拯救新城疫病毒LaSota株輔助質粒的構建

水貂生長激素基因重組腺病毒的構建

青島農(nóng)大召開學科建設暨科技工作大會重獎科技功臣

斑點叉尾鮰氣單胞菌的分離與鑒定

單養(yǎng)和混養(yǎng)模式下三角帆蚌養(yǎng)殖池晝夜塘溶氧波動特征

基于MSP430F149的便攜式溫濕度監(jiān)測儀的設計

圖像去噪的自適應插值小波算法

基于組態(tài)王和PLC的電梯控制系統(tǒng)設計

濱蒿內(nèi)酯的合成及其農(nóng)用生物活性研究

不同脂肪的降解和吸收規(guī)律及其對奶牛瘤胃pH和NH_3-N濃度的影響

兩種激素組合對小鼠超排的影響及其效果的比較

牙鲆外周血淋巴細胞的培養(yǎng)及染色體制備條件的探討

氨氮和硫化氫對三疣梭子蟹幼體生長和變態(tài)發(fā)育的影響

甘西鼠尾草提取物抗氧化活性的初步研究

無花果葉中抑菌活性成分—補骨脂素的研究

瓊脂混粉法的建立及其在植物葉片化感活性測定中的應用

保護地蔬菜枯萎病生防菌的篩選

黃河三角洲水庫底泥中氮、磷特征及其與水體磷富營養(yǎng)化關系

長期定位施肥對冬小麥生育后期旗葉衰老性狀的影響

Ca2+參與GABA促進白三葉種子萌發(fā)的信號轉導

填閑作物對日光溫室土壤理化性狀及黃瓜產(chǎn)量的影響

蠟狀芽孢桿菌菌株TR2對氯氰菊酯降解作用的小區(qū)試驗

溫室水培番茄樹光合特性的研究

青島市城陽區(qū)主要綠化樹種滯塵效益研究

嗜熱側孢霉產(chǎn)CMCase液體發(fā)酵培養(yǎng)基的優(yōu)化

第9篇：生物信息學研究進展范文

【關鍵詞】生物信息學 宏基因組 高通量測序

宏基因組（Metagenome）是1998年由Handelsman等人正式提出，定義為特定生物環(huán)境中全部微生物遺傳物質的總和。宏基因組學通過直接從環(huán)境樣品中提取全部微生物的遺傳物質DNA，利用第二代測序技術，得到高通量宏基因組數(shù)據(jù)，并結合微生物基因組學的研究成果，分析環(huán)境樣品所包含的全部微生物的群落組成及其結構功能。高通量宏基因組數(shù)據(jù)在基礎微生物學、水體、土壤、農(nóng)業(yè)、醫(yī)學研究等領域都顯示出了重要價值[1]。

1宏基因組學研究方法

宏基因組學的研究方法主要有：環(huán)境樣本的采集、宏基因組DNA的提取，高通量測序、所得序列的比對檢索分析，以及進一步進行微生物物種結構和功能分析。其中，提取DNA要盡可能地提取出樣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細胞提取法。隨著第二代測序技術的發(fā)展，宏基因組數(shù)據(jù)呈現(xiàn)出序列短小、通量巨大的特點，一方面蘊含更為豐富的環(huán)境微生物遺傳物質信息，極大拓展了微生物學研究與應用領域，另一方面也為分析處理帶來前所未有的挑戰(zhàn)。

2宏基因組學的應用

在短短幾年內(nèi)，高通量宏基因組數(shù)據(jù)研究已滲透到各個領域，包括基礎微生物學、海洋學、土壤學、醫(yī)學等，并在醫(yī)藥、替代能源、環(huán)境修復、生物技術、農(nóng)業(yè)、生物防御及倫理學等各方面顯示了重要的價值[2]。

2.1基礎微生物學研究

宏基因組為基礎微生物學研究打開了新局面，得以快速準確地探測新基因、發(fā)現(xiàn)新物種（如未知病原體等）以及準確認識微生物群落的物種構成及其功能結構。由于自然界中大多數(shù)微生物物種及其生物量是未知的，其中大量微生物采樣困難、培養(yǎng)效率低下，這極大限制了傳統(tǒng)微生物學的研究與發(fā)展，而高通量宏基因組數(shù)據(jù)的產(chǎn)生則突破了這一束縛。通過分析高通量宏基因組數(shù)據(jù)，包括序列比對、De Novo組裝、GO分析等等技術，無需經(jīng)過提純培養(yǎng)，就能探測新基因、新物種，為微生物環(huán)境工程、疾病診斷治療奠定基礎。

2.2海洋學和土壤學研究

海洋和土壤中包含大量微生物，它們與生態(tài)環(huán)境關系密切。目前通過采用土壤、海水等環(huán)境樣品，獲取高通量宏基因組數(shù)據(jù)，探測其中微生物的組成及功能分布，能夠對導致生態(tài)環(huán)境變化的因素有更深入的認識。如利用來自海洋石油污染區(qū)的微生物高通量宏基因組數(shù)據(jù)，分析其微生物相對豐度，可以有效探測石油降解細菌及其生態(tài)關系網(wǎng)，為污染治理提供新思路。利用來自豆類植物附近土壤測取的宏基因組數(shù)據(jù)，分析其中固氮菌含量及其關聯(lián)因素，有助于設計提高豆類產(chǎn)量種植模式。高通量宏基因組數(shù)據(jù)為認識復雜的微生物群落構成及其功能提供了可能，且必將在研究生物多樣性和微生物環(huán)境工程中發(fā)揮重要作用[3]。

2.3醫(yī)學研究領域

高通量宏基因組數(shù)據(jù)在現(xiàn)代醫(yī)藥學中扮演著極其重要的角色，一方面通過疾病樣本的宏基因組分析，可以確定病原體或致病基因及其與其他因素之間的關聯(lián)，為疾病治療提供可能；另一方面利用宏基因組數(shù)據(jù)篩選在醫(yī)藥業(yè)中具有重要應用價值的基因及其產(chǎn)物，促進醫(yī)藥發(fā)展。如利用取自不同牙周炎病況病人口腔高通量宏基因組數(shù)據(jù)，分析處理得到各樣本微生物相對豐度數(shù)據(jù)，比較不同牙周炎病況下的微生物整體分布情況，揭示出牙周炎與口腔微生物群落的生物多樣性和關聯(lián)網(wǎng)絡之間有顯著聯(lián)系。

3結語

隨著高通量測序技術的迅猛發(fā)展，宏基因組分析已經(jīng)成為探索自然環(huán)境中微生物物種和功能組成的重要手段之一，是研究微生物群落的利器。宏基因組分析手段無需經(jīng)過復雜嚴苛的實驗室培養(yǎng)過程，直接利用第二代高通量測序技術，快速產(chǎn)生成千上萬的自然微生物DNA序列的短讀片。但是高通量宏基因組數(shù)據(jù)也給研究帶來挑戰(zhàn)。它呈現(xiàn)出序列短小、通量巨大的特點。此外，高通量測序技術的準確率低于傳統(tǒng)測序技術，亟需完善的概率統(tǒng)計模型和有效的算法實現(xiàn)[4]。

在應用前景方面，隨著組合生物合成技術和納米技術迅速發(fā)展，可以考慮將宏基因組學技術與之結合，利用納米技術人工合成由宏基因組學的方法探測所得新興基因，促進天然活性產(chǎn)物的開發(fā)及挖掘，進一步促進微生物工程的發(fā)展。

參考文獻：

[1]許忠能著.生物信息學[M].北京： 清華大學出版社，2009.

[2]賀紀正，張麗梅，沈菊培 等.宏基因組學的研究現(xiàn)狀和發(fā)展趨勢[J].環(huán)境科學學報，2008，28（2）： 209-218.