生物信息学是一门新兴的交叉科学。《生物信息学》共分16章,详细介绍了生物信息学的定义、研究内容、生物学基础、数据库网络基础、算法与数学基础以及其在序列拼接、基因预测、引物设计、生物进化与分子发育分析、蛋白质结构预测、RNA结构预测、生物芯片、计算机辅助**设计、生物分子网络与生物系统仿真、DNA计算中的应用与发展状况等内容。
《生物信息学》结构清晰,系统完整,文笔流畅,既可作为高等院校相关专业师生的教材,也可作为该领域中研究、教学、软件开发等科研人员的参考用书。

3.生物群落
生物群落指在一定空间内的多种生物的集合。生物群落层面上强调的是生物之间的关系。
美国北加州的Eel河里生活着一个生物群落:浮游藻类与底栖藻类、摇蚊幼虫、肉食性昆虫、鳊鱼、刺鱼、虹鳟。其中浮游藻类与底栖藻类被摇蚊幼虫吃,摇蚊幼虫被肉食性昆虫、鳊鱼幼鱼、刺鱼幼鱼等捕食,而肉食性昆虫、鳊鱼幼鱼、刺鱼幼鱼又被虹鳟吃掉。有位科学家在Eel河中圈定12个区域:其中6个有全部上述动物,并多加了若干尾虹鳟;另外6个区域把虹鳟都清除而留下其余动物。一段时间后,有虹鳟的区域的浮游藻类与底栖藻类严重减少,而没有虹鳟的区域的藻类明显增加。为什么放入吃肉的虹鳟后藻类会减少呢?原来虹鳟的捕食作用使肉食性昆虫、鳊鱼幼鱼、刺鱼幼鱼的数量减少了,这些摇蚊幼虫的天敌的减少使摇蚊幼虫数量大增,于是大量取食藻类,故藻类数量下降。这就是生物群落中各种生物相克相生的关系。
在很多生物群落中,如果生物的种类越多,生物个体在各种类问分配得越均匀,生物群落就相对越稳定。而生物种类数量和生物个体在各种类问分配称为生物多样性,生物多样性是生物群落的一个重要特征,它会随着环境的改变而受影响,通常环境越恶劣生物多样性就会越低。调查发现,广东沿海养殖对近海浮游生物群落有影响,在养殖海区的浮游生物多样性明显低于非养殖海区,说明海水养殖鱼类的发展使近海海水中的生物群落结构脆弱。
4.种群
种群指在一定区域内同一种生物的总和。种群的数量变化及其影响因素常常是种群生态学的研究内容。从某种意义上说,人类数量变动及发展也是种群生态学的研究内容。
在挪威有种旅鼠,其天敌很少,数量增长迅速,有科学家一直在研究其种群数量变化。20世纪80年代,科学家发现旅鼠种群数目上升很快,原本棕色的皮毛在数量上升后部分旅鼠皮毛变成鲜艳的橙色,并且很多个体集体迁移到大海边,然后集体跳到海里去。得出的初步解释是旅鼠中有个种群利益机制,当在一定区域数量激升至环境无法容纳时,有部分个体采取自我牺牲的方式把毛皮变得鲜艳吸引天敌吃自己,同时集体跳海自杀以腾出生态空间让种群得到继续生存下去。一个动人的舍己求全的故事。但后来发现,集体跳海原来是一场偶然事故,主要是预先不知道前方是海,而群体移动速度太快了,以至于刹不住掣,结果都掉到海里淹死了。 生物信息学融合了生命科学、信息科学等21世纪多个朝阳学科,越来越深入影响科学研究与社会生活的多个方面。开设生物信息学课程有利于提高学生科研理念及科技产业化意识。
许多学者已编写了不少**的生物信息学教材与专著,涵盖教学与科研的多个方面,但这些教材与专署往往仅适用于某一专业的学生。本书编写的目标是为不同专业背景的读者提供一本学习生物信息学的入门教科书。编者设计了大量的例子,便于读者理解相关原理。希望为推动国内生物信息学教学贡献绵薄之力。
2005年,许忠能博士在暨南大学教务处的谢绍潮老师的建议下及清华大学出版社罗健编辑的帮助下,以**多个学期的生物信息学课程教案为蓝本编写了提纲,向在生物信息学及相关领域教学与科研**线的若干学者发出邀请,希望他们加入本书编委会。令人振奋的是,Ken Chan博士、许龙飞教授、陈宣老师、黄蓓蓓博士生、刘顺会副教授、周杰博士、刘吉平副教授、周晖老师、石宏博士、蒙进芳老师欣然同意共同编写本书。Ken Chan博士参与编写了第2、9章的部分内容;许龙飞教授编写了第3章,同时参与编写了第4、5章的部分内容;刘顺会副教授编写了第14章;刘吉平副教授参与编写了第8、15章的部分内容;黄蓓蓓博士生编写了第7章,并参与编写了第4、6章的部分内容;陈宣老师参与编写了第4章的部分内容;周杰博士编写了第10章;周晖老师编写了第12章;蒙进芳老师参与编写了第13章的部分内容;石宏博士参与编写了第13章的部分内容;许忠能博士编写了第1、11、16章,并参与编写了第2、5、6、8、9、15章的部分内容,同时负责全书的统编、审校工作。暨南大学计算机系蔡利栋教授对第5章进行了审核。
本书得到暨南大学水生生物学****学科相关基金的资助。编委会感谢暨南大学水生生物研究所韩博平教授对本书的大力支持,感谢中山大学邓日强副教授对本书编写过程中提供的帮助,感谢各编者所在单位的相关学生与老师、清华大学出版社、暨南大学教务处对本书的支持。同时,衷心感谢在此过程中,各编者的家人对编写工作的鼓励。
生物信息学涉及的领域众多,学科发展迅速,本书的内容难免出现错误,恳请各位读者批评指正。

第1章生物信息学概述
1.1背景与定义
1.1.1生物学原始数据量的急剧扩增
1.1.2名词“bioinformatics”的**次出现
1.1.3定义
1.2研究内容
1.2.1生物信息的存储与获取
1.2.2序列比对
1.2.3测序与拼接
1.2.4基因预测
1.2.5生物进化与系统发育分析
1.2.6蛋白质结构预测
1.2.7RNA结构预测
1.2.8分子设计及**设计
1.2.9代谢网络分析
1.2.10生物芯片
1.2.11DNA计算
1.3数据库、软件、科研教育机构
1.3.1数据库
1.3.2软件
1.3.3科研教育机构
1.4期刊与著作
1.4.1期刊
1.4.2著作
1.5生物学、计算机技术与数学基础
1.5.1生物学
1.5.2计算机技术
1.5.3数学
1.6展望
1.6.1研究内容的展望
1.6.2应用领域的拓展
1.6.3研究者的回报
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参考文献

第2章生物信息学的生物学基础
2.1生物学研究的层次
2.1.1宇宙生命的研究目录生物信息学
2.1.2生物与环境的关系
2.1.3生物种类
2.1.4生理
2.1.5细胞
2.1.6生物分子
2.1.7生物进化
2.2分子生物学基础
2.2.1核酸的结构
2.2.2蛋白质的结构
2.2.3DNA的复制
2.2.4基因的转录
2.2.5蛋白质的生物合成
2.3人类基因组计划
2.3.1目标与意义
2.3.2资助
2.3.3研究机构
2.3.4研究方法
2.3.5目前结果
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参考文献

第3章数据库与网络基础
3.1数据库技术基础
3.1.1数据库的基本概念
3.1.2数据库的体系结构和数据独立性
3.1.3关系数据库系统
3.1.4生物数据处理常用的数据库系统
3.2网络技术简介
3.2.1网络基础知识
3.2.2Internet及其应用
3.2.3基于Web的数据库系统
3.2.4基于网络的搜索引擎
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参考文献

第4章UNIX操作系统与计算机语言
4.1UNIX操作系统
4.1.1UNIX历史
4.1.2UNIX系统的特点
4.1.3Redhat Linux 9的安装
4.1.4UNIX的基本使用
4.1.5大型应用软件
4.2计算机语言
4.2.1Perl语言简介
4.2.2Java语言简介
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参考文献

第5章算法与数学基础
5.1算法
5.2图论
5.2.1图
5.2.2寻找*短路
5.2.3欧拉图与哈密顿图
5.2.4树
5.2.5图论在生物信息学中的应用
5.3动态规划
5.4贝叶斯统计
5.4.1经典统计学的几个概念
5.4.2经典统计与贝叶斯统计的差异
5.4.3贝叶斯定理
5.4.4贝叶斯统计在生物信息学中的应用
5.5马尔可夫模型
5.5.1概念
5.5.2转移概率
5.5.3算法过程
5.5.4马尔可夫模型在生物信息学中的应用
5.6隐马尔可夫模型
5.6.1概念
5.6.2算法过程
5.6.3隐马尔可夫模型三个问题的研究
5.6.4隐马尔可夫模型在生物信息学中的应用
5.7神经网络模型
5.7.1神经网络的分类
5.7.2神经网络的学习方法
5.7.3神经网络模型在生物信息学中的应用
5.8遗传算法
5.8.1概念
5.8.2遗传算法运算过程
5.8.3遗传算法在生物信息学中的应用
5.9聚类分析
5.9.1相似性测度及聚类准则
5.9.2聚类算法
5.9.3聚类分析在生物信息学中的应用
5.10其他应用于生物信息学中的算法
5.11生物信息学中算法的发展
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参考文献

第6章序列比对
6.1序列比对的概念
6.2序列比对的意义
6.3全局比对与局部比对
6.3.1全局比对
6.3.2局部比对
6.4计分方法
6.4.1匹配计分
6.4.2结构与性质的计分
6.4.3可观测变换计分
6.4.4空格罚分
6.5比对的算法过程
6.5.1两个序列比对
6.5.2多序列比对
6.6比对软件的使用
6.6.1用比对软件进行两序列比对
6.6.2用比对软件进行多序列比对
6.7计算机语言编写程序进行序列比对
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参考文献

第7章序列拼接
7.1霰弹法测序的DNA序列拼接
7.1.1霰弹法测序原理
7.1.2霰弹法测序拼接的计算模型
7.2杂交测序法的DNA序列拼接
7.2.1杂交测序法原理
7.2.2杂交法测序拼接的计算模型
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参考文献

第8章生物信息数据库的查询与搜索
8.1生物信息数据库
8.1.1核酸序列数据库
8.1.2蛋白质序列数据库
8.1.3结构数据库
8.1.4基因组数据库
8.1.5蛋白组数据库
8.1.6代谢组数据库
8.1.7疾病数据库
8.1.8**与分子设计数据库
8.1.9分析与记录方式数据库
8.2生物信息数据库的字符匹配查询
8.2.1查询系统SRS
8.2.2查询系统Entrez
8.3生物信息数据库的相似性搜索
8.3.1BLAST
8.3.2FASTA
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参考文献

第9章生物进化与分子系统发育分析
9.1生物进化
9.1.1进化理论的历史
9.1.2进化与自然选择的证据
9.1.3分子进化
9.1.4生物进化与生物信息学的关系
9.2分子系统发育分析
9.2.1分子系统发育分析的概念
9.2.2构建进化树的方法
9.2.3用网上软件构建进化树
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参考文献

第10章基因预测与引物设计
10.1基因特征
10.1.1原核生物的基因特征
10.1.2真核生物的基因特征
10.2基于EST的基因鉴定
10.2.1EST概念
10.2.2EST的获得
10.2.3EST与基因识别
10.2.4EST的其他用途
10.2.5EST数据的不足
10.3基因预测的算法
10.3.1相似性比较预测
10.3.2隐马尔可夫模型
10.3.3神经网络方法
10.3.4密码学方法
10.3.5Z曲线法
10.3.6其他算法
10.4引物设计
10.4.1上、下游引物的3′末端与5′末端
10.4.2引物分子内不互补
10.4.3引物的长度、组分与解链温度
10.5网上的基因预测软件
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参考文献

第11章蛋白质结构及其预测
11.1蛋白质的结构及其实验测定方法
11.1.1蛋白质的结构概述
11.1.2维系蛋白质结构的作用力
11.1.3蛋白质结构的显示软件
11.1.4蛋白质结构的实验测定方法
11.2蛋白质分类
11.2.1按序列特征分类
11.2.2按在生物体中的位置分类
11.2.3按折叠类型分类
11.3蛋白质结构预测算法
11.3.1特殊序列预测
11.3.2蛋白质二级结构的预测
11.3.3蛋白质三级结构的预测
11.4蛋白质结构预测软件
11.4.1蛋白质二级结构预测软件
11.4.2蛋白质三级结构预测软件
11.5编写计算机程序进行蛋白质二级结构预测
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参考文献

第12章RNA结构与预测
12.1RNA的发现及其功能研究
12.2RNA的结构特征及其与功能的关系
12.2.1RNA的结构层次
12.2.2核糖体RNA的结构
12.2.3tRNA的结构
12.2.4mRNA的结构与功能
12.2.5核酶的结构与功能
12.2.6形成RNA特定结构的序列特征
12.3RNA二级结构的预测算法
12.3.1比较序列分析方法
12.3.2动态规划算法
12.3.3对RNA结构预测算法的评价
12.4网上RNA二级结构分析软件
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参考文献

第13章生物芯片
13.1引言
13.2生物芯片的原理
13.2.1生物芯片的制备
13.2.2待检生物样品制备和标记
13.2.3生物分子之间的结合
13.2.4检测原理
13.3数据分析
13.3.1图像分析
13.3.2标准化处理(normalization)
13.3.3Ratio分析(ratio analysis)
13.3.4聚类分析(clustering analysis)
13.3.5基因表达数据库
13.4其他生物芯片技术
13.4.1微流路芯片
13.4.2活体化芯片
13.4.3芯片实验室(lab on a chip)
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参考文献

第14章计算机辅助**设计
14.1计算机辅助**设计的概念
14.2**设计的理论基础
14.2.1受体与配体
14.2.2理论计算方法
14.3结合自由能的计算
14.3.1自由能微扰/热力学积分方法
14.3.2线性相互作用能方法
14.3.3打分函数
14.4基于配体的**设计
14.4.1定量构效关系方法
14.4.2药效团模型方法
14.5基于受体的**设计
14.5.1重新配体设计
14.5.2分子对接虚拟筛选
14.5.3生物大分子模建和**设计集成软件包——InsightⅡ
14.6**发现集成平台
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第15章生物分子网络与生物系统仿真
15.1生物分子网络
15.1.1生物分子网络的特征与研究方法
15.1.2代谢网络
15.1.3基因调控网络
15.1.4蛋白质相互作用网络
15.2生物系统仿真
15.3系统生物学概况
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参考文献

第16章DNA计算
16.1DNA计算的生物学基础
16.1.1DNA的组成
16.1.2碱基配对
16.1.3DNA分子的制备
16.1.4连接、合成DNA与RNA分子的酶类的作用
16.1.5切割DNA的酶类的作用
16.1.6DNA序列的测定
16.2Adleman开创DNA计算研究领域的实验
16.3DNA计算的应用
16.4问题与展望
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参考文献

附表1生物信息数据库
附表2中国、美国、英国、加拿大、澳大利亚科研教育机构开设生物信息学专业的情况
汉英名词索引
英汉名词索引
……