本教材以生物信息學(xué)的理論方法為基礎(chǔ)，突出生物信息學(xué)在生物醫(yī)學(xué)組學(xué)大數(shù)據(jù)下的實(shí)際應(yīng)用，同時(shí)有適當(dāng)?shù)木珳?zhǔn)醫(yī)學(xué)知識(shí)的拓展。本教材注重理論聯(lián)系實(shí)際，做到體系簡(jiǎn)潔，結(jié)構(gòu)合理，力求滿足應(yīng)用型人才培養(yǎng)的需求。本教材共分為十五章。第一章緒論，重在陳述大數(shù)據(jù)時(shí)代下的生物信息學(xué)內(nèi)涵，以及生物信息學(xué)在精準(zhǔn)醫(yī)學(xué)發(fā)展中的重要作用。第二章至第四章以生物信息學(xué)基礎(chǔ)知識(shí)與基礎(chǔ)資源為主，包含生物醫(yī)學(xué)信息學(xué)基礎(chǔ)資源、序列比對(duì)、高通量測(cè)序技術(shù)。第五章至第十四章以組學(xué)系統(tǒng)為索引，包括基因組、表觀組、轉(zhuǎn)錄組、調(diào)控組、蛋白質(zhì)組、功能組、通路組、互作組、藥物基因組，重點(diǎn)突出不同組學(xué)數(shù)據(jù)的生物信息學(xué)分析理論基礎(chǔ)、相關(guān)數(shù)據(jù)資源及實(shí)踐操作方法。
本科教育是我國(guó)高等教育的基石，是教育水平的重要體現(xiàn)。教材是體現(xiàn)教學(xué)內(nèi)容和教學(xué)方法的知識(shí)載體，亦是深化教學(xué)改革，全面推進(jìn)素質(zhì)教育，培養(yǎng)創(chuàng)新人才的重要保證。在國(guó)內(nèi)資深生物學(xué)家與醫(yī)學(xué)專家的倡導(dǎo)下，經(jīng)全國(guó)高等醫(yī)藥教材建設(shè)研究會(huì)、原衛(wèi)生部教材辦公室組織有關(guān)專家反復(fù)論證，由全國(guó)二十余所高校生物信息學(xué)領(lǐng)域?qū)＜液鸵痪�教師編寫出版了《生物信息學(xué)》第1 版及第2 版。教材使用覆蓋面廣泛，包括長(zhǎng)學(xué)制臨床醫(yī)學(xué)及基礎(chǔ)醫(yī)學(xué)、生物醫(yī)學(xué)工程、生物信息學(xué)等專業(yè)學(xué)生，生命科學(xué)領(lǐng)域研究學(xué)者、教師、臨床醫(yī)生，以及生物信息學(xué)從業(yè)人員。生物信息學(xué)思想和技術(shù)是生物醫(yī)學(xué)大數(shù)據(jù)研究的利器。通過(guò)閱讀本書，讀者不僅可以深入地掌握現(xiàn)代生物信息學(xué)方法，還可以概覽生物信息學(xué)的最新研究成果與未來(lái)發(fā)展方向，有助于提升研究工作的水平。該教材通過(guò)實(shí)踐應(yīng)用已得到廣大師生的肯定，較好地滿足了生物信息學(xué)教育教學(xué)需求。
近年來(lái)，生物醫(yī)學(xué)大數(shù)據(jù)和精準(zhǔn)醫(yī)學(xué)領(lǐng)域發(fā)展突飛猛進(jìn)，精準(zhǔn)醫(yī)學(xué)研究已成為國(guó)家之間新一輪科技競(jìng)爭(zhēng)和引領(lǐng)國(guó)際發(fā)展潮流的戰(zhàn)略制高點(diǎn)。通過(guò)生物信息學(xué)分析破譯這些生物醫(yī)學(xué)大數(shù)據(jù)背后隱藏的生命密碼，將會(huì)使得精準(zhǔn)醫(yī)療逐步從理想變成現(xiàn)實(shí)。作為其核心學(xué)科，生物信息學(xué)的發(fā)展更為迅猛。因此，及時(shí)、充分地補(bǔ)充相關(guān)基礎(chǔ)理論知識(shí)及實(shí)踐操作方法，是當(dāng)下必行之路。經(jīng)論證，決定編寫《生物信息學(xué)》第3 版�！渡镄畔W(xué)》教材始終堅(jiān)持三基五性，新版教材根據(jù)有關(guān)專家建議以及兄弟院校使用前兩版教材后的反饋意見，在形式和內(nèi)容上堅(jiān)持更新，在重點(diǎn)內(nèi)容上強(qiáng)化更深，在架構(gòu)安排和篇幅上突出更精�！渡镄畔W(xué)》第3 版致力于從不同的視角、以恰當(dāng)?shù)纳疃�，系統(tǒng)地講述生物信息學(xué)的基本理論、基本知識(shí)和相關(guān)領(lǐng)域的研究進(jìn)展，力求教材具備相對(duì)系統(tǒng)、全面的生物信息學(xué)知識(shí)體系，貼合前沿技術(shù)、方法，反映過(guò)去五年內(nèi)本領(lǐng)域的研究進(jìn)展。
《生物信息學(xué)》第3 版在堅(jiān)持原有的編寫規(guī)范與風(fēng)格基礎(chǔ)上調(diào)整了全書的章節(jié)安排�？紤]到測(cè)序技術(shù)日益重要，將原新一代測(cè)序技術(shù)與復(fù)雜疾病章節(jié)提前至第五章，專門詳細(xì)介紹目前常用的新一代測(cè)序技術(shù)和分析方法。此外，遵循中心法則，將轉(zhuǎn)錄調(diào)控的信息學(xué)分析和表觀遺傳組數(shù)據(jù)分析章節(jié)調(diào)整至蛋白質(zhì)組與蛋白質(zhì)結(jié)構(gòu)分析章節(jié)之前。在第三篇生物信息學(xué)與人類復(fù)雜疾病中，將原復(fù)雜疾病的分子特征與計(jì)算分析章節(jié)更改為疾病基因組分析原理與方法章節(jié)，更細(xì)致地介紹復(fù)雜疾病基因組領(lǐng)域的前沿進(jìn)展。同時(shí)，刪除原生物信息學(xué)相關(guān)學(xué)科進(jìn)展章節(jié)，為著重突出大數(shù)據(jù)與臨床醫(yī)學(xué)問(wèn)題的結(jié)合，增加了生物信息學(xué)與精準(zhǔn)醫(yī)學(xué)章節(jié)，突出精準(zhǔn)醫(yī)學(xué)相關(guān)內(nèi)容，以期提升醫(yī)學(xué)臨床大數(shù)據(jù)思維能力并培養(yǎng)醫(yī)學(xué)學(xué)生精準(zhǔn)診療和科研創(chuàng)新意識(shí)。其余各章節(jié)內(nèi)容也做了不同程度的調(diào)整和更新，緊跟學(xué)科發(fā)展，力求集中反映生物信息學(xué)研究領(lǐng)域的發(fā)展成果。
《生物信息學(xué)》第3 版各章節(jié)相對(duì)獨(dú)立，均反映了生物信息學(xué)各組學(xué)方向上最新成果與發(fā)展趨勢(shì)。為適應(yīng)不同讀者群的需要，各章的布局統(tǒng)一。第一節(jié)是引言，以簡(jiǎn)明易懂的語(yǔ)言介紹該章的主要內(nèi)容；后面各節(jié)介紹基本概念和常用生物信息學(xué)方法，著重于生物醫(yī)學(xué)實(shí)際應(yīng)用、操作方法和生物醫(yī)學(xué)意義的解釋；各章最后附小結(jié)和思考題；新版教材還增加了數(shù)字資源，包括各章內(nèi)容的PPT、測(cè)試題及微課視頻等資料，以期更好地幫助讀者學(xué)習(xí)本章知識(shí)。
《生物信息學(xué)》第3 版在修訂過(guò)程中借鑒了前兩版作者的論著和成果，在此致以謝意！本教材編委來(lái)自全國(guó)20 所高校相關(guān)研究方向的專家，他們長(zhǎng)期工作在生物信息學(xué)教學(xué)和科研的第一線，具有很深的學(xué)術(shù)造詣和豐富的教學(xué)經(jīng)驗(yàn)。每一章都凝聚了他們獨(dú)特的學(xué)術(shù)思想、研究心得和研究成果。大家以認(rèn)真負(fù)責(zé)的精神對(duì)待教材的編寫，使本書能在規(guī)定的時(shí)間內(nèi)高質(zhì)量地完稿，在此對(duì)他們的敬業(yè)精神和負(fù)責(zé)態(tài)度表示衷心的感謝！感謝三位副主編的積極配合！同時(shí)，哈爾濱醫(yī)科大學(xué)生物信息科學(xué)與技術(shù)學(xué)院的老師和研究生們也做了大量的協(xié)助工作，特別是寧尚偉、白靜、王理、李峰等同志，在此一并致謝！
第3 版教材得到國(guó)家高科技863 項(xiàng)目、973 項(xiàng)目、黑龍江省頭雁計(jì)劃項(xiàng)目和省學(xué)科建設(shè)經(jīng)費(fèi)的資助，特此鳴謝！
本教材修訂過(guò)程中，盡管我們努力跟蹤學(xué)科的新發(fā)展、新技術(shù)，并盡力把它們納入教材中來(lái)，以保持本書的先進(jìn)性和實(shí)用性，但由于時(shí)間緊迫，直至完稿，仍覺有許多不足之處，希望學(xué)術(shù)同仁不吝賜教，以便再版時(shí)改正。
李 霞
2024 年4 月
國(guó)家二級(jí)教授，國(guó)務(wù)院特殊津貼獲得者，龍江學(xué)者特聘教授，北京百千萬(wàn)人才工程入選者，省教學(xué)名師，省領(lǐng)軍人才梯隊(duì)帶頭人，省生物醫(yī)學(xué)工程學(xué)(生物信息學(xué))一級(jí)重點(diǎn)學(xué)科帶頭人，省優(yōu)秀中青年專家，五洲女子科技獎(jiǎng)獲得者，中國(guó)細(xì)胞生物學(xué)會(huì)功能基因組信息學(xué)與系統(tǒng)生物學(xué)專業(yè)委員會(huì)會(huì)長(zhǎng)，中國(guó)運(yùn)籌學(xué)會(huì)計(jì)算系統(tǒng)生物學(xué)分會(huì)副理事長(zhǎng)，科技部重點(diǎn)研發(fā)項(xiàng)目評(píng)審專家，全國(guó)高等學(xué)校臨床醫(yī)學(xué)專業(yè)八年制規(guī)劃教《生物信息學(xué)》主編。
緒論 / 1
第一節(jié) 生物信息學(xué)的發(fā)展歷程 / 1
第二節(jié) 生物信息學(xué)的研究方法及應(yīng)用 / 3
一、 生物信息學(xué)研究方法 / 3
二、 生物信息學(xué)在生命科學(xué)中的應(yīng)用 / 4
第三節(jié) 大數(shù)據(jù)與大健康時(shí)代的生物信息學(xué) / 5
一、 多組學(xué)大數(shù)據(jù)的產(chǎn)生與生物信息學(xué) / 5
二、 大數(shù)據(jù)和精準(zhǔn)醫(yī)學(xué)時(shí)代的生物信息學(xué) / 8
三、 面向大健康時(shí)代的生物信息學(xué)/ 9
第一篇 生物信息學(xué)基礎(chǔ)
第一章 生物序列資源 / 12
第一節(jié) 引言 / 12
第二節(jié) NCBI 數(shù)據(jù)庫(kù)與數(shù)據(jù)資源 / 13
一、 NCBI 數(shù)據(jù)庫(kù)資源概述 / 13
二、 NCBI 中的重要基礎(chǔ)數(shù)據(jù)庫(kù)介紹/ 14
第三節(jié) UCSC 基因組瀏覽器與數(shù)據(jù)資源 / 18
一、 UCSC 概述 / 18
二、 UCSC 基因組瀏覽器 / 19
三、 UCSC 中的數(shù)據(jù)資源和常用工具 / 22
第四節(jié) ENSEMBL 數(shù)據(jù)資源和工具 / 24
一、 ENSEMBL 數(shù)據(jù)庫(kù)概況 / 24
二、 ENSEMBL 參考基因組資源 / 24
第五節(jié) 重要的生物醫(yī)學(xué)數(shù)據(jù)庫(kù) / 27
一、 千人基因組數(shù)據(jù)資源 / 28
二、 ENCODE 數(shù)據(jù)庫(kù)與數(shù)據(jù)資源 / 30
三、 TCGA 泛癌數(shù)據(jù)庫(kù)與數(shù)據(jù)資源 / 31
第二章 序列比對(duì) / 35
第一節(jié) 引言 / 35
一、 序列比對(duì)的作用 / 35
二、 同源、相似與距離 / 36
三、 替換計(jì)分矩陣 / 38
四、 實(shí)現(xiàn)比對(duì)的基本算法：動(dòng)態(tài)規(guī)劃法 / 40
第二節(jié) 全局比對(duì)與局部比對(duì) / 43
一、 雙序列全局比對(duì)與Needleman - Wunsch 算法 / 43
二、 雙序列局部比對(duì)與Smith - Waterman 算法 / 44
三、 多序列比對(duì)原理 / 45
四、 比對(duì)的統(tǒng)計(jì)顯著性 / 48
第三節(jié) 改進(jìn)時(shí)間與空間效率的比對(duì)方法 / 48
一、 雙序列比對(duì) / 48
二、 多序列比對(duì) / 49
三、 PRANK 比對(duì) / 49
第四節(jié) 數(shù)據(jù)庫(kù)搜索 / 49
一、 經(jīng)典BLAST / 49
二、 衍生BLAST / 51
三、 BLAT / 52
四、 數(shù)據(jù)庫(kù)搜索統(tǒng)計(jì)顯著性 / 53
第五節(jié) RNA 序列比對(duì) / 54
一、 Sankoff 算法 / 54
二、 基于Sankoff 算法的簡(jiǎn)化比對(duì)軟件 / 54
第六節(jié) RNA 序列搜索 / 55
一、 RNA 序列數(shù)據(jù)庫(kù) / 55
二、 Infernal 軟件 / 56
第七節(jié) 特殊類型比對(duì)簡(jiǎn)介 / 58
一、 Glocal 比對(duì) / 58
二、 全基因組雙序列比對(duì) / 58
三、 全基因組多序列比對(duì) / 58
四、 比對(duì)測(cè)序的reads 到基因組 / 60
第三章 序列特征分析 / 63
第一節(jié) 引言 / 63
第二節(jié) DNA 序列特征分析 / 64
一、 DNA 序列的基本信息 / 65
二、 DNA 序列的特征信息 / 66
三、 基因組結(jié)構(gòu)注釋分析 / 67
第三節(jié) 蛋白質(zhì)序列特征分析 / 70
一、 蛋白質(zhì)序列的基本信息分析 / 70
二、 蛋白質(zhì)序列的特征信息分析 / 73
三、 蛋白質(zhì)序列的功能信息分析 / 75
第四節(jié) RNA 序列與結(jié)構(gòu)特征分析 / 77
一、 RNA 的序列特征 / 77
二、 RNA 的結(jié)構(gòu)特征 / 77
三、 RNA 二級(jí)結(jié)構(gòu)預(yù)測(cè)方法 / 79
四、 RNA 結(jié)構(gòu)預(yù)測(cè)的在線資源與軟件 / 82
第四章 分子進(jìn)化分析 / 86
第一節(jié) 引言 / 86
第二節(jié) 系統(tǒng)發(fā)生分析與重建 / 86
一、 核苷酸置換模型及氨基酸置換模型 / 86
二、 系統(tǒng)發(fā)生樹的基本概念及搜索方法 / 90
三、 分子鐘假說(shuō) / 93
第三節(jié) 核苷酸和蛋白質(zhì)的適應(yīng)性進(jìn)化 / 94
一、 中性與近中性理論 / 94
二、 微觀適應(yīng)性進(jìn)化的檢驗(yàn)方法 / 94
三、 宏觀適應(yīng)性進(jìn)化的檢驗(yàn)方法 / 96
四、 適應(yīng)性進(jìn)化基因 / 98
第四節(jié) 分子進(jìn)化與生物信息學(xué) / 99
一、 基因組進(jìn)化概述 / 99
二、 病毒基因組進(jìn)化 / 100
三、 原核生物基因組比較 / 100
四、 蛋白質(zhì)互作網(wǎng)絡(luò)進(jìn)化 / 102
五、 代謝網(wǎng)絡(luò)進(jìn)化分析 / 103
六、 腫瘤細(xì)胞微進(jìn)化 / 105
第五節(jié) 應(yīng)用實(shí)例：慢性淋巴細(xì)胞白血病突變進(jìn)化研究 / 107
第二篇 功能基因組信息學(xué)
第五章 新一代測(cè)序技術(shù) / 112
第一節(jié) 引言 / 112
第二節(jié) 新一代測(cè)序技術(shù)概述 / 112
一、 新一代測(cè)序技術(shù)基本概念 / 112
二、 新一代測(cè)序技術(shù)常見測(cè)序儀及工作流程 / 113
三、 新一代測(cè)序數(shù)據(jù)存儲(chǔ)、處理與分析 / 118
四、 新一代測(cè)序短片段比對(duì) / 119
第三節(jié) DNA 測(cè)序技術(shù)及應(yīng)用 / 121
一、 全基因組測(cè)序與外顯子組測(cè)序/ 121
二、 DNA 測(cè)序數(shù)據(jù)分析方法 / 121
三、 DNA 測(cè)序應(yīng)用 / 129
第四節(jié) RNA 測(cè)序技術(shù)與數(shù)據(jù)分析 / 130
一、 RNA 測(cè)序技術(shù)流程 / 130
二、 RNA-seq 數(shù)據(jù)分析 / 131
三、 RNA-seq 的應(yīng)用 / 131
第五節(jié) ChIP-seq 技術(shù)與應(yīng)用 / 137
一、 ChIP-seq 技術(shù)原理 / 137
二、 ChIP-seq 數(shù)據(jù)的處理方法 / 137
三、 ChIP-seq 技術(shù)應(yīng)用 / 140
第六節(jié) 單細(xì)胞測(cè)序技術(shù)與應(yīng)用 / 142
一、 單細(xì)胞測(cè)序技術(shù)流程 / 142
二、 單細(xì)胞測(cè)序數(shù)據(jù)分析 / 149
三、 單細(xì)胞測(cè)序數(shù)據(jù)庫(kù) / 155
四、 單細(xì)胞測(cè)序技術(shù)應(yīng)用 / 156
第七節(jié) 宏基因組測(cè)序及分析技術(shù) / 158
一、 宏基因組概述 / 158
二、 獲取微生物基因組的策略和方法 / 159
三、 宏基因組拼接質(zhì)量評(píng)估 / 163
四、 宏基因組研究的常用工具 / 163
第六章 轉(zhuǎn)錄組數(shù)據(jù)分析 / 166
第一節(jié) 引言 / 166
一、 概述 / 166
二、 基因表達(dá)測(cè)定原理 / 166
三、 基因表達(dá)測(cè)定的應(yīng)用 / 169
第二節(jié) 基因表達(dá)測(cè)定平臺(tái)與數(shù)據(jù)庫(kù) / 170
一、 基因表達(dá)測(cè)定平臺(tái)介紹 / 170
二、 Microarray 技術(shù)與RNA-seq 技術(shù)的比較 / 172
三、 基因表達(dá)數(shù)據(jù)庫(kù) / 172
第三節(jié) 數(shù)據(jù)預(yù)處理與差異表達(dá)分析 / 173
一、 基因芯片與RNA-seq 數(shù)據(jù)預(yù)處理 / 173
二、 差異表達(dá)分析基本原理與方法/ 183
三、 差異表達(dá)分析應(yīng)用 / 185
第四節(jié) 聚類分析與分類分析 / 190
一、 聚類分析中的距離（相似性）尺度函數(shù) / 190
二、 聚類分析中的聚類算法 / 192
三、 分類分析 / 196
四、 分類模型的分類效能評(píng)價(jià) / 200
第五節(jié) 基因表達(dá)譜數(shù)據(jù)分析軟件 / 201
一、 基因表達(dá)譜數(shù)據(jù)分析軟件簡(jiǎn)介/ 201
二、 R 語(yǔ)言和Bioconductor / 201
三、 差異表達(dá)分析軟件 / 202
四、 聚類分析軟件介紹 / 204
第七章 轉(zhuǎn)錄調(diào)控的信息學(xué)分析 / 211
第一節(jié) 引言 / 211
第二節(jié) 轉(zhuǎn)錄因子結(jié)合模體分析 / 211
一、 轉(zhuǎn)錄因子結(jié)合模體表示方法 / 211
二、 轉(zhuǎn)錄因子結(jié)合模體數(shù)據(jù)庫(kù)資源/ 213
三、 基于已知模體的轉(zhuǎn)錄因子結(jié)合位點(diǎn)預(yù)測(cè) / 214
四、 轉(zhuǎn)錄因子結(jié)合模體從頭發(fā)現(xiàn) / 215
第三節(jié) 轉(zhuǎn)錄因子ChIP-seq 數(shù)據(jù)分析 / 218
一、 轉(zhuǎn)錄因子ChIP-seq 技術(shù)原理及數(shù)據(jù)庫(kù)/ 218
二、 轉(zhuǎn)錄因子ChIP-seq 數(shù)據(jù)質(zhì)量控制 / 220
三、 轉(zhuǎn)錄因子ChIP-seq 數(shù)據(jù)分析要點(diǎn) / 222
第八章 表觀遺傳組數(shù)據(jù)分析 / 226
第一節(jié) 引言 / 226
第二節(jié) DNA 甲基化組學(xué)數(shù)據(jù)分析 / 226
一、 DNA 甲基化修飾概述 / 226
二、 DNA 甲基化組學(xué)數(shù)據(jù)類型 / 228
三、 WGBS 數(shù)據(jù)分析要點(diǎn)及工具 / 229
第三節(jié) 組蛋白修飾組學(xué)數(shù)據(jù)分析 / 233
一、 組蛋白修飾概述 / 233
二、 組蛋白修飾組學(xué)數(shù)據(jù)類型 / 235
三、 組蛋白修飾ChIP-seq 數(shù)據(jù)分析要點(diǎn)及工具 / 235
第四節(jié) 染色質(zhì)可及性組學(xué)數(shù)據(jù)分析 / 239
一、 染色質(zhì)可及性概述 / 239
二、 染色質(zhì)可及性組學(xué)數(shù)據(jù)類型 / 239
第五節(jié) 三維基因組學(xué)數(shù)據(jù)分析 / 240
一、 三維基因組概述 / 240
二、 三維基因組學(xué)數(shù)據(jù)類型 / 241
三、 三維基因組學(xué)數(shù)據(jù)分析要點(diǎn)及工具 / 242
第九章 蛋白質(zhì)組與蛋白質(zhì)結(jié)構(gòu)分析 / 246
第一節(jié) 引言 / 246
第二節(jié) 蛋白質(zhì)組鑒定 / 247
一、 蛋白質(zhì)、氨基酸和肽段 / 248
二、 分離技術(shù) / 250
三、 肽段酶解 / 251
四、 質(zhì)譜分析技術(shù) / 252
五、 基于質(zhì)譜數(shù)據(jù)的蛋白質(zhì)鑒定 / 254
第三節(jié) 表達(dá)蛋白質(zhì)組學(xué) / 258
一、 基于圖像的蛋白質(zhì)組定量分析技術(shù) / 259
二、 基于標(biāo)記的蛋白質(zhì)組定量分析技術(shù) / 260
第四節(jié) 結(jié)構(gòu)蛋白質(zhì)組學(xué) / 262
一、 蛋白質(zhì)結(jié)構(gòu)與功能概述 / 264
二、 蛋白質(zhì)結(jié)構(gòu)和結(jié)構(gòu)分類數(shù)據(jù)庫(kù)/ 265
三、 蛋白質(zhì)二級(jí)結(jié)構(gòu)預(yù)測(cè)方法 / 267
四、 蛋白質(zhì)三級(jí)結(jié)構(gòu)預(yù)測(cè)方法 / 269
第五節(jié) 功能蛋白質(zhì)組學(xué) / 272
一、 蛋白質(zhì)相互作用組學(xué) / 272
二、 修飾蛋白質(zhì)組學(xué) / 274
三、 蛋白基因組學(xué) / 275
第十章 生物分子網(wǎng)絡(luò)分析 / 278
第一節(jié) 引言 / 278
第二節(jié) 生物網(wǎng)絡(luò)與通路概述 / 278
一、 網(wǎng)絡(luò)與通路的基本概念 / 278
二、 生物網(wǎng)絡(luò)與通路類型 / 280
三、 生物網(wǎng)絡(luò)與通路數(shù)據(jù)資源 / 282
第三節(jié) 生物網(wǎng)絡(luò)分析 / 287
一、 網(wǎng)絡(luò)的拓?fù)鋵傩?/ 287
二、 無(wú)標(biāo)度網(wǎng)絡(luò) / 289
三、 生物網(wǎng)絡(luò)的模塊與模序 / 291
四、 生物網(wǎng)絡(luò)的動(dòng)態(tài)性 / 293
五、 生物網(wǎng)絡(luò)分析軟件 / 294
第四節(jié) 生物網(wǎng)絡(luò)的重構(gòu)和應(yīng)用 / 297
一、 生物網(wǎng)絡(luò)重構(gòu)的一般方法 / 297
二、 基因表達(dá)與調(diào)控網(wǎng)絡(luò)的重構(gòu)和應(yīng)用 / 298
三、 轉(zhuǎn)錄調(diào)控網(wǎng)絡(luò)的重構(gòu)和應(yīng)用 / 299
四、 蛋白質(zhì)互作網(wǎng)絡(luò)的重構(gòu)和應(yīng)用/ 301
五、 代謝網(wǎng)絡(luò)重構(gòu)和應(yīng)用 / 302
六、 信號(hào)轉(zhuǎn)導(dǎo)網(wǎng)絡(luò)的重構(gòu)和應(yīng)用 / 302
第十一章 基因注釋與功能分析 / 305
第一節(jié) 引言 / 305
第二節(jié) 基因注釋數(shù)據(jù)庫(kù) / 305
一、 基因本體論數(shù)據(jù)庫(kù) / 305
二、 KEGG 通路數(shù)據(jù)庫(kù) / 310
第三節(jié) 基因集富集分析 / 317
一、 富集分析算法 / 317
二、 常用富集分析軟件 / 318
三、 富集分析應(yīng)用實(shí)例 / 318
第四節(jié) 基因功能預(yù)測(cè) / 321
一、 基因功能預(yù)測(cè)算法 / 321
二、 常用基因功能預(yù)測(cè)軟件 / 326
第十二章 分子生物通路數(shù)據(jù)分析/ 329
第一節(jié) 引言 / 329
第二節(jié) 分子生物通路數(shù)據(jù)庫(kù) / 330
一、 KEGG 通路數(shù)據(jù)庫(kù) / 330
二、 Reactome 數(shù)據(jù)庫(kù) / 337
三、 PathBank 數(shù)據(jù)庫(kù) / 348
四、 其他數(shù)據(jù)資源 / 351
第三節(jié) 分子生物通路分析軟件 / 352
一、 生物通路富集分析算法原理 / 352
二、 clusterProfiler 實(shí)現(xiàn)通路富集分析 / 352
三、 DAVID 實(shí)現(xiàn)通路富集分析 / 357
四、 GSEA 實(shí)現(xiàn)通路富集分析 / 363
第四節(jié) 分子生物通路網(wǎng)絡(luò)可視化軟件 / 367
一、 KEGG Mapper / 368
二、 Pathview / 373
三、 PathVisio / 377
四、 PathwayMapper / 381
第三篇 生物信息學(xué)與人類復(fù)雜疾病
第十三章 疾病基因組分析原理與方法 / 386
第一節(jié) 引言 / 386
第二節(jié) 孟德爾疾病致病基因的外顯子組測(cè)序研究 / 387
一、 孟德爾疾病的基因組特征 / 387
二、 研究設(shè)計(jì)與基本流程 / 387
三、 變異位點(diǎn)檢測(cè) / 388
四、 致病突變連鎖分析 / 390
五、 位點(diǎn)注釋和過(guò)濾優(yōu)選分析 / 391
六、 非同義突變有害性評(píng)估與分析結(jié)果解讀 / 393
七、 分析軟件和工具 / 395
第三節(jié) 復(fù)雜疾病易感基因的全基因組關(guān)聯(lián)研究 / 398
一、 復(fù)雜疾病的基因組特征 / 398
二、 基本概念與原理 / 399
三、 常見變異分析原理與方法 / 405
四、 罕見變異分析原理與方法 / 411
五、 非編碼位點(diǎn)表達(dá)調(diào)控功能評(píng)估/ 413
六、 分析軟件和工具 / 414
第四節(jié) 腫瘤驅(qū)動(dòng)基因的體細(xì)胞突變分析 / 421
一、 腫瘤的基因組特征 / 421
二、 研究設(shè)計(jì)與原理 / 422
三、 腫瘤驅(qū)動(dòng)突變預(yù)測(cè) / 422
四、 腫瘤驅(qū)動(dòng)基因統(tǒng)計(jì)檢測(cè) / 423
五、 分析軟件和工具 / 424
第五節(jié) 疾病基因組相關(guān)的公共資源庫(kù) / 426
一、 孟德爾遺傳疾病致病突變數(shù)據(jù)庫(kù) / 426
二、 復(fù)雜疾病關(guān)聯(lián)位點(diǎn)數(shù)據(jù)庫(kù) / 427
三、 腫瘤體細(xì)胞突變數(shù)據(jù)庫(kù) / 428
第十四章 非編碼RNA 與復(fù)雜疾病 / 431
第一節(jié) 引言 / 431
第二節(jié) 非編碼RNA 與其靶基因 / 432
一、 ncRNA 類別及調(diào)控機(jī)制 / 432
二、 基于測(cè)序數(shù)據(jù)識(shí)別新的ncRNA / 434
三、 ncRNA 靶基因的系統(tǒng)識(shí)別和功能預(yù)測(cè) / 436
四、 ncRNA 相關(guān)數(shù)據(jù)資源 / 440
第三節(jié) 非編碼RNA 表達(dá)異常與重大疾病 / 444
一、 疾病相關(guān)ncRNA 的識(shí)別 / 444
二、 差異表達(dá)ncRNA 與復(fù)雜疾病 / 445
三、 異常表達(dá)ncRNA 具有疾病標(biāo)記物潛能 / 447
四、 非編碼RNA 異常表達(dá)的調(diào)控機(jī)制剖析 / 451
第四節(jié) 非編碼RNA 調(diào)控異常與復(fù)雜疾病 / 453
一、 計(jì)算識(shí)別復(fù)雜疾病中ncRNA 參與的調(diào)控關(guān)系 / 453
二、 復(fù)雜疾病中ncRNA 參與的ceRNA 調(diào)控關(guān)系 / 454
三、 復(fù)雜疾病中多態(tài)干擾ncRNA 參與的調(diào)控關(guān)系 / 455
四、 ncRNA 介導(dǎo)轉(zhuǎn)錄與轉(zhuǎn)錄后調(diào)控機(jī)制 / 456
五、 ncRNA 間的協(xié)同調(diào)控機(jī)制 / 457
第五節(jié) 復(fù)雜疾病非編碼RNA 的計(jì)算識(shí)別 / 458
第十五章 藥物生物信息學(xué) / 461
第一節(jié) 引言 / 461
第二節(jié) 藥物靶標(biāo)的信息學(xué)識(shí)別 / 461
一、 藥物靶標(biāo)概述 / 461
二、 藥物靶標(biāo)數(shù)據(jù)資源 / 462
三、 藥物靶標(biāo)識(shí)別的信息學(xué)技術(shù) / 464
四、 小分子藥物的性質(zhì)及其虛擬篩選 / 466
第三節(jié) 藥物基因組學(xué)及其臨床研究策略 / 471
一、 藥物基因組學(xué)的概念和研究目的 / 471
二、 藥物基因組生物標(biāo)志物的發(fā)現(xiàn)與驗(yàn)證 / 472
三、 藥物基因組與新藥開發(fā) / 474
第四節(jié) 藥物基因組相關(guān)生物信息資源 / 476
一、 藥物基因組數(shù)據(jù)庫(kù) / 476
二、 生物芯片與藥物基因組學(xué)研究/ 478
第五節(jié) 基于藥物基因組的個(gè)體化藥物治療 / 479
一、 腫瘤靶向藥物的個(gè)體化治療 / 479
二、 基于藥物基因組的藥物不良反應(yīng)預(yù)測(cè) / 481
三、 基于藥物基因組的用藥劑量預(yù)測(cè) / 482
第十六章 生物信息學(xué)與精準(zhǔn)醫(yī)學(xué)/ 485
第一節(jié) 引言 / 485
第二節(jié) 生物信息學(xué)與醫(yī)學(xué)信息學(xué)融合 / 486
一、 生物信息學(xué)與醫(yī)學(xué)信息學(xué)的差異 / 486
二、 生物信息與醫(yī)學(xué)信息的融合 / 487
三、 疾病相關(guān)深度表型挖掘與精準(zhǔn)醫(yī)學(xué) / 487
第三節(jié) 生物信息學(xué)與生物醫(yī)學(xué)大數(shù)據(jù) / 489
一、 第四科學(xué)研究范式與數(shù)據(jù)驅(qū)動(dòng)生物醫(yī)學(xué) / 489
二、 多組學(xué)、跨尺度數(shù)據(jù)與數(shù)字醫(yī)學(xué) / 490
三、 生物醫(yī)學(xué)數(shù)據(jù)共享與隱私 / 490
第四節(jié) 生物信息學(xué)與轉(zhuǎn)化醫(yī)學(xué)、精準(zhǔn)醫(yī)學(xué) / 492
一、 P4 醫(yī)學(xué)、精準(zhǔn)醫(yī)學(xué)與轉(zhuǎn)化信息學(xué) / 492
二、 基因組醫(yī)學(xué)信息學(xué)與系統(tǒng)醫(yī)學(xué)建模 / 493
三、 智能健康管理與生物信息學(xué) / 494
附錄 參考網(wǎng)址 / 497
推薦閱讀 / 498
中英文名詞對(duì)照索引 / 500
書單推薦
