生物信息學分析方法模板(10篇)

導言：作為寫作愛好者，不可錯過為您精心挑選的10篇生物信息學分析方法，它們將為您的寫作提供全新的視角，我們衷心期待您的閱讀，并希望這些內容能為您提供靈感和參考。

篇1

一、高中生物教學現狀分析

1.教師隊伍教學水平有待提高

教師是生物教學活動的組織者和引導者，生物教師的知識結構、教學能力以及道德品質的優劣直接影響到學生對于生物的學習興趣和生物教學的實際效果，隨著我國生物科學的發展，以及生物學逐漸與物理學和化學等學科進行相互滲透，逐漸形成了新的知識，這一趨勢擴展到高中生物教學過程中，使得高中生物教學面臨著嚴峻的考驗，不僅要求生物教師要有廣博的知識，還需要有全新的教學理念和較高的教學技能。同時在通常情況下，學校教師缺乏一定的危機意識，對于生物教學的積極性不高，一些教師仍然用傳統的教學觀念和落后的教學方法進行生物教學，這在很大程度上導致學生缺乏學習興趣，致使生物教學效果差。[1]

2.生物整體教學質量有待提高

生物學是一門以實驗為基礎的學科，故而生物教學過程中需要重視實驗教學，但是目前的生物教學過程中，生物實驗教學距離標準要求仍有一定的差距，比如生物教學實驗場地擁擠，學生不重視實驗課，實驗操作誤差，實驗結果不能達到預期等，同時，目前我國生物教科書采取“一綱多本”的政策，在選定生物教材的過程中，學校沒有充分考慮教科書的更新換代，對于教科書更新不及時，影響了對于生物知識的更新速度，因此，教師要精心選擇教學材料，同時高質量的教學材料，可以有效地提高教學質量。

3.對生物學科重視程度不高

由于生物學科在高考分數比例中占得不高，導致一些教師和學生對于生物的重視程度不高，受傳統應試教育的影響，高考是一些學校教學安排的指揮棒，因為生物學科所占比例較低，學生和家長認為生物是不重要的，導致不重視生物學科的教學，這就大大降低了生物教師的教學積極性，沒有良好的社會氛圍，學生學習生物的動機不明確，導致了學生學習生物的內部動力不足。[2]

二、提高高中生物教育創新性的建議

1.加強生物教學基礎設施建設

加強生物教學軟件和硬件設施建設，提高整體教學能力。由于生物科學的特殊性，教學過程中需要開展實驗教學，因此，為了提高高中生物教學的整體實力，需要結合學校的實力和條件確保學生實驗設施完備。同時，要充分利用多媒體工具等更方便的使用方式，有助于提高學生的學校興趣。同時針對生物實驗教學的重要性，需要加強實驗室的管理，加強對生物實驗教學的重視，促進生物實驗課形式多樣化。提高生物實驗教學效率。此外，要根據生物教學需要，及時購買和更新所需的實驗設備，加強對生物教學硬件設施的保管和使用，并加強對實驗室的規范化管理，確保生物教學設施完備。

2.提升生物教師隊伍教學水平

根據高中生物教學的具體實踐，生物教師隊伍的教學水平在很大程度上影響著高中生物教學的整體教學水平，提升高中生物教師的教學水平，首先，需要提高教師的敬業精神和責任感，促進教師充分認識到生物教學的重要性。其次，教師要轉變角色，教師是生物教學活動的組織者和引導者，鼓勵教師在備課的同時研究和了解學生的思想和行為，創新生物教學方法，提高教學質量。最后，可以采取適當的激勵措施，給教師提供一定的物質獎勵和精神獎勵。因此，為了實現高中生物教學模式的創新，教師應不斷提高學生主動學習的能力，同時，也要加強自身教學方式方法的轉型升級，這將有助于教師和學生的全面發展。

3.推進生物教育方法的創新

在高中生物課堂的教學環境下，生物教師應避免采用傳統的教學方法，要結合學生的不同，注重學生的差異，從幫助學生成長的高度，來創新生物教學方法。在生物教學過程中適當給予鼓勵和支持，讓學生有一個積極的態度和愉悅的心情投入到生物學習過程中，同時，學生們也需要發揮自己生物學校的主觀能動性。教師和學生在同一時間接受生物教育，并且教師要針對學生在學習過程中存在的問題與不足，采取合理的方法使每一個學生都能積極思考，探索自己，提高學習質量和效果。同時要結合具體的發展實際來促進生物教學法的創新和發展，生物科學是自然科學的一門學科，為了提高高中生物教學的質量，教師要轉變教學方式，當然與此同時看，學生也必須改變學習方法。在教學方法上，生物教師應注意采用多種教學方法，加強與學生之間的互動，充分調動學生的積極性，挖掘學生學習生物的潛能，讓學生探索知識，促進學生得到全面發展。

4.激發學生學習生物的興趣

為了提高學生對高中生物課程的興趣，教師可以在日常的生物課堂教學過程中，將教材的課程學習內容和具體實際生活有目的的聯系起來，通過生活實際來引起學生學習的興趣，也就是通過生活中的一些生物學現象來吸引學生掌握解決問題的能力，并在這一過程中促進學生學到生物科學相關的基本知識。同時，加強生物實驗課的日常學習和引導，也能吸引學生用生物知識來解決日常生活中的問題，提高學生的成就感。此外，還可以通過開展生物知識競賽等活動，提高學生學習生物知識的興趣，組織開展各種生物知識競賽，可以有效地提高生物課程的教學質量，可以促進學生更好的掌握基礎知識，對學生學習成績的提高可以起到巨大的推動作用。[3]

三、結語

總而言之，結合當前高中生物教育現狀，雖然高中生物教學改革取得了一定的成績，但仍有許多需要完善和修改的地方，因此加強高中生物教學方法的創新，必須更新教學觀念，樹立正確教育質量觀，教師要及時進行角色轉換，采用現代化的生物教學方法，才能更好的促進生物教育教學質量的提高。

參考文獻

篇2

【Abstract】 AIM: To establish a prediction strategy for Mycobacterium tuberculosis (H37Rv) secreted proteins to pave the way for further research. METHODS: The whole protome of H37Rv was scanned by SignalP and TMHMM. The protein date analysis system based on Visual FoxPro was established to process the output of SignalP and TMHMM and identify the secreted proteins. The sequences of the secreted proteins were aligned by BLASTp. RESULTS: One hundred and seventynine secreted proteins were identified， where 12 of them were found to be unique in H37Rv. CONCLUSION: Bioinformatics approaches can be used as an assistant tool in secreted protein research.

【Keywords】 Mycobacterium tuberculosis；secreted protein；signal peptide；bioinformatics

【摘要】 目的：建立一種結核分枝桿菌(H37Rv)分泌性蛋白的預測方法，為后續研究提供參考依據. 方法：以SignalP和TMHMM兩個軟件對結核分枝桿菌蛋白組進行掃描，基于Visual FoxPro構建“蛋白質數據分析處理系統”對掃描原始數據進行分析處理以識別分泌性蛋白，再經BLASTp完成相似性比對. 結果：預測出了179種分泌性蛋白，其中12種為H37Rv所特有. 結論：生物信息學方法可作為一種研究分泌性蛋白的輔助工具，用于指導實驗.

【關鍵詞】 結核分枝桿菌；分泌蛋白；信號肽；生物信息學

0引言

結核分枝桿菌（Mycobacterium tuberculosis， MTB）的分泌蛋白不但在豚鼠實驗中可以引發遲發性超敏反應，在結核病患者體內也可誘導抗體的產生［1］，對結核病的預防和診斷具有重要意義. 目前有兩種實驗生物學方法用于MTB分泌蛋白的研究，一種是通過二維凝膠電泳的方法分離MTB早期培養濾液蛋白（CFP），再通過N端測序［2］或免疫學方法加以確定［3］. 另一種是通過基因融合的方法將MTB的基因與報告基因融合后進行表達，再對報告基因的表達產物進行定位，以確定是否為分泌表達［4］. 已有30多種MTB分泌蛋白通過實驗方法得以確認，但MTB分泌蛋白遠不止這30多種，尚有很多未被發現. MTB蛋白分泌的主要途徑是sec-依賴性的分泌途徑也稱為II型分泌途徑，該類分泌蛋白的結構特點是新生肽鏈的N末端具有典型的信號肽特征，主要分為N區、H區、C區三個部分. N區位于信號肽N端，含有1～3個帶正電荷的氨基酸殘基；H區位于信號肽中間，由10～15個疏水氨基酸殘基組成；C區位于信號肽C端，富含親水氨基酸，能被信號肽酶識別. 信號肽所具備的這些數量化特點為計算機自動化分析預測提供了可能.

分泌蛋白和膜蛋白都含有信號肽序列，所不同的是分泌蛋白在信號肽之外不再有疏水的跨膜區，信號肽引導分泌蛋白跨膜穿梭之后，信號肽酶在相應位點將信號肽切除，以此完成成熟分泌性蛋白的分泌過程；而膜蛋白在信號肽之外還有一個以上的疏水跨膜區，信號肽在引導膜蛋白跨膜時，由于疏水跨膜區的存在使得膜蛋白停留在細胞膜中. 本文預測MTB分泌性蛋白的方法主要涉及到兩方面內容：一方面是對信號肽序列的識別，另一方面是對蛋白疏水跨膜區的識別. 首先通過對信號肽的識別將分泌性蛋白和膜蛋白從其他蛋白質組中區分出來，然后從中尋找疏水跨膜螺旋以區分分泌性蛋白和膜蛋白，最后利用NCBI提供的MTB蛋白序列相似性搜索（BLASTp）發現有12條預測出的分泌性蛋白為MTB所特有.

1預測方法

預測方法如圖1所示.

1.1搜集結核桿菌H37Rv基因組和蛋白組信息在美國國家生物技術信息中心(ncbi.nlm.nih.gov)的核酸數據庫Nucleotid中查尋關鍵詞“H37Rv complete genome”. 從搜索結果中查找H37Rv全基因組，并以FASTA格式下載. 從英國基因組研究中心Sanger center的數據庫(ftp://ftp.sanger.ac.uk/pub/tb/sequences/)下載全蛋白質組信息.

1.2分析數據分別向SignalP和TMHMM提交H37Rv蛋白組數據. 由于SignalP服務器對單次提交數據量有數量限制，因此將H37Rv蛋白組數據分為8次提交（Rv0001Rv0500，Rv0501Rv1000，……Rv3501Rv3924）. 另由于Rv2048單數據量過大，超過SignalP服務器對單數據的處理范圍，因此將Rv2048 C端部分氨基酸殘基除去（不影響N端信號肽分析）. 由于TMHMM服務器對提交數據量沒有限制，可一次全部提交. 返回數據一次保存.

1.3建立數據庫根據本課題的實際需求，依據SignalP和TMHMM分析結果的數據特點，使用VFP6.0開發了“蛋白質數據分析處理系統”用來存儲和處理SignalP和TMHMM的原始分析結果(圖2).

1.4獲得分泌性蛋白和膜蛋白通過上述數據分析系統自動完成分泌性蛋白和膜蛋白的識別和查詢.

1.5BLASTp分析將預測出的所有H37Rv分泌性蛋白通過NCBI的BLASTp服務器與所有已知的蛋白序列進行相似性比對，以獲得結核桿菌H37Rv特有的分泌性蛋白.

2結果

2.1H37Rv基因組和蛋白組信息搜集從美國國家生物技術信息中心ncbi.nlm.nih.gov的核酸數據庫Nucleotid中查尋到編號為NC_000962的記錄，其中包含了H37Rv的全部基因組信息共4 411 529 bp，從Sanger的數據庫獲得蛋白組信息，共3924條蛋白序列數據.

2.2H37Rv蛋白組信號肽和跨膜區分析將SignalP和TMHMM的原始分析結果通過“蛋白質數據分析處理系統”自動識別N端具有N區、H區和C區等典型信號肽特征的蛋白質和具有典型跨膜螺旋特征的蛋白質，通過數據庫的自動查詢功能共發現了179個分泌性蛋白（其中有12個已得到相關文獻的證實，表1）和150個膜蛋白.表1H37Rv蛋白組信號肽和跨膜區分析結果（略）

2.3BLASTp分析對179條分泌性蛋白經BLASTp分析發現有12條蛋白為H37Rv特有，在其他物種已發表的蛋白質序列中無任何相似區域（表2）.表2BLASTp分析結果（略）

3討論

在對結核桿菌H37Rv的3924條蛋白質分析過程中SignalP共預測出了573條蛋白質含有信號肽；TMHMM預測出了786條蛋白質含有疏水跨膜螺旋，其中623條蛋白質含有信號肽. SignalP和TMHMM對信號肽預測結果的交集為329條，其中150條含有信號肽外疏水跨膜區被列為膜蛋白，其余179條蛋白不含信號肽外疏水跨膜區因而被列為分泌性蛋白.

SignalP和TMHMM的原始分析結果數據量非常大，每條蛋白質包含了“蛋白編號”、 “可信度”以及“酶切位點”等11項不同信息，因此H37Rv的分析結果中信息量多達43 164條. 若要對4萬多條信息進行人工比較將是一項費時、費力的工作，且人工比較的準確性也難得到保證. 我們開發出基于Visual FoxPro的“蛋白質數據分析處理系統”，不僅能將SignalP和TMHMM的原始分析結果自動導入數據庫，而且可對數據庫中的各項數據進行比較，實現了將分泌性蛋白和膜蛋白的識別工作完全交給計算機來完成. 以前用人工方法可能要花費數周時間的工作，現在利用這套系統僅需數秒鐘即可完成，同時排除了人為可能造成的錯誤.

蛋白質的功能由其特定的空間結構決定，而這種空間結構又由蛋白質的氨基酸順序決定. 如果兩個蛋白質的一級序列相似，尤其是活性位點的一級序列相似，便很可能預示著這兩種蛋白質具有相似的功能. 因此，對未知功能的蛋白質進行序列比對是生物信息學中的一項重要工作. 本研究通過對預測出的179種分泌性蛋白進行序列相似性比對（BLASTp）發現其中有12種為結核桿菌所特有且功能未知. 可以設想，這12種蛋白質或許對結核桿菌的臨床診斷具有一定的潛在應用價值. 作為分泌性蛋白，它們也可能是具有保護性作用的抗原，在治療結核病的疫苗研究中成為新的靶點［14］.

綜上所述，利用該體系可實現對結核桿菌H37Rv分泌性蛋白和膜蛋白的快速預測. 我們開發的“蛋白質數據分析處理系統”可以處理所有SignalP和TMHMM的分析結果，因而該系統不僅能用于結核桿菌的分泌性蛋白和膜蛋白的預測，而且還可用于其他原核細胞或真核細胞的分泌性蛋白和膜蛋白的預測. 作為嘗試性的研究，本課題還存在很多不足之處. 例如：該預測體系建立在GSP(General secretory pathway)理論基礎之上，雖然大多數蛋白質的分泌途徑遵守GSP理論，但是蛋白質的分泌過程卻不止這一種途徑，有些蛋白質的分泌并不需要信號肽的存在［15］，這類蛋白質無法被該系統檢測出來. 另外，膜蛋白的疏水跨膜區有些是以β桶型結構存在［16］，而非α螺旋結構，因此在預測過程中有可能將這類膜蛋白誤認為是分泌性蛋白.

參考文獻

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篇3

語音是語言的物質外殼，是掌握語言知識和獲得語言技能的基礎，所以學習語言必先從語音開始。學好語音是學好英語的關鍵和基礎。新疆中職學校學生多數是偏遠農村地區的、初中學習習慣較差、中考無望的學生，由于這些學生語音基礎極差，學生大多連音標都認不全，根本無法拼讀和正確記憶單詞。沒有掌握拼讀能力，就等于沒有進入學習英語的大門。因此，在學生進入中職學校學習初期，教師應注重基礎語音教學，以增強學生的自信心，提高學生學習英語的興趣。

新疆中職學生語音錯誤主要受西北方言和新疆土話的影響，由此而形成新疆所特有的英語語音錯誤。

一、學生在學習過程中常見的語音錯誤分析

1、元音方面出現的問題：

⑴長短元音不分，長音不夠長，短音不夠短。英語的不同元音，在結合相同的輔音時，長短可能表現出完全不同的詞義，例如： seat和sit；sheep和ship；reach和rich

⑵單元音之間的辨析弄不清楚，口型和音位把握不準。特別是/e/和/ /，如end和and；pen和pan

⑶某些雙元音和某些單元音不分，如/ei/和/i：/以及/u/和/ u/， 例如：很多同學將way讀成we； case讀成kiss； phone讀成/fun/。

⑷雙元音簡化及缺少滑動，沒有音長的前后變化也沒有力度輕重。一般雙元音前面的長，后面的短，前面的重，后面的輕，中間過度要圓滑而平穩自然。例如：like， lack； gate，get

2、輔音方面出現的問題：

⑴在/p/、/b/、/t/、/d/、/k/、/l/、/m/、/n/等輔音后常常加上一個元音/ /，如read（/ri：d /） a book（/buk /.

⑵在/s/和/θ/，/z/和/ /發音時混淆，問題在于兩組音中后者要咬舌。如mouth和mouse，thing和sing。很多同學將this is讀成/zis iz/，thanks讀成/s ks/

⑶由于新疆學受西北方言和新疆土話的影響，對于三個鼻音/m/，/n/和/ /，的發音方法不易掌握。在讀元音后面的/m/時， 許多學生雙唇不緊閉， 如： form被讀成/f ：n/， 或者干脆不發音。鼻音/n/和/ /更是分不清， 例如：strong讀成/str ： n/； 然而/ /是一個后鼻音，發音時舌后部抬起， 軟腭下垂，堵住口腔通道，氣流從鼻腔通過。/n/是一個前鼻音，舌尖緊貼上齒齦形成阻礙。

⑷混淆唇齒摩擦音/v/和響音的半元音/w/： 例如：win讀成 /vin/； very讀成/ weri/。實際上發/w/的音時，后舌位抬得很高，雙唇收圓，并稍突出。注意發/w/時氣流不受發音器官的阻礙，只是氣流通過唇角時有一些磨擦。在發/v/時不要只是將上齒輕輕地落在下唇上，而是要將上齒固定地放在下屬上，然后使氣流從上齒與下唇間的縫隙中通過，發生磨擦。

⑸ /r/發音不好掌握。新疆學生發音較硬，而/r/發音時要求舌頭較軟。這個音是舌尖抬向齒齦后部，向后面的硬鄂彎曲時可將雙唇突出，來幫助舌向后彎的動作。例如： road /r ud/

二、常見語音錯誤的糾正方法

為了調動學生學習的積極性和培養學生學習英語的自信心，針對新疆中職學生語音的常見錯誤，教師在教學中合理地運用各種教學技巧來糾正學生的發音錯誤。英語語音教學中具體可操作的糾錯方法是多種多樣的，常用的有：多媒體圖形演示法、模仿法、手勢法、學習者錄音法、近似發音對比練習法、語音聽音辨音法、繞口令語音訓練法及朗讀和背誦法等。下面分別說明每種糾錯方法。

1、多媒體圖形演示法：伴隨現代教學技術的廣泛應用，教師將多媒體教學手段引入語音課堂， 例如：

/m/ /n/ / /

通過直觀的演示圖，學生能夠看到/e/和/ /；/m/、/n/和/ /的不同之處。還可以使用計算機輔助發音訓練系統，可以準確地定位說話者發音的錯誤所在。這是每個人可以在任何時間，在虛擬環境中提高自己語音水平的最好選擇。目前，新疆中職學校的計算機系統還達不到這個要求。

2、模仿法：模仿是提高語音能力的基本方法，目的在于訓練正確的語音、語調，提高流利程度，培養英語語感。學生模仿時要注意口型，口腔肌肉要充分調動起來，以正確模仿每個音素的發音方法， 并反復練習，達到熟練。中小學的英語語音以直接模仿法為語音模仿的主要手段，給學生提供一些語音素材，從音素到詞匯，從句子到篇章，由淺入深地要求學生模仿單純。中職學生是教師通過對所學語音某些特點的說明，讓學生在語音理論的指導下自覺模仿。采用這種方法時，將漢語普通話中的發音原理與英語的發音原理進行比較，在比較中分析兩種語言在發音方面的異同，從而使學生糾正、避免用漢語發音代替英語發音的錯誤習慣。

3、手勢法：非常直觀的看到近似語音的不同。

4、學習者錄音法：利用錄音機、MP3或者手機等設備，讓學生的發音錄制成錄音材料，再與native speaker的朗讀材料進行對比，找出學生發音的部位、程度的缺陷或錯誤的性質，及時糾正。教師可以要求學生上交錄音作業，允許學生不斷更新錄制，以求最佳錄音效果。這種方法較費時費力，所以應課內與課外相結合。

5、近似發音對比練習法：發音對比練習有利于教師進一步矯正學生的發音。例如：近似元音對比：bad和bed； feel和 fill； may和 key； coat和 group； 近似輔音對比：lead和 leader； soothe和smoothly ； father和 jazz；句子來區別：from morning till evening， Tom sings the same song again and again； I love every view of the Great Wall等。

6、語音聽音辨音法：學生在改善自己讀音時往往需要具有敏感的聽力與感知力，對不同聲音切分區形成正確判斷，并最終實現通過辨音達到糾音的目的。教師羅列學生平時易發錯的、辨識度弱的單詞。每兩個單詞為一組，例如：heat和hit； bet和bat； see和 say； both和 so； is和this； son和song。學生先聽，然后選出或寫出自己所聽到的單詞。此練習的優勢是充分體現了以學生為主體的學習方式，讓學生從以往被動跟讀的機械操練轉變為現在的聽讀、糾辨，其主動性被充分調動起來，教學效果良好。

7、繞口令語音訓練法： 繞口令常把容易混淆或念錯的音放在一起，朗讀時學生可以反復檢查對比自己的口型使口腔習慣于該音的準確位置，提高發音器官的適應性。

例如：⑴Ann sent Andy ten hens and Andy sent Ann ten pens.

⑵She sells seashells by the seashore.

⑶Nothing is worth thousands of deaths.

⑷If two witches would watch two watches， which witch would watch which watch？

⑸A loyal warrior will rarely worry why we rule.

⑹Very well， very well， very well ...

8、朗讀和背誦法：中職學生往往對朗讀不太重視。事實上朗讀背誦鍛煉英語的發音，語調與節奏；使口腔各發音部位靈活，增進說英語時的流利程度；使耳朵增加聽英語的機會，從而提高英語聽力；充分應用讀書四到：眼到，口到，耳到，心到，比默讀時更能記住所讀的教材。

英語語音是英語口語交際的基礎，正確的英語語音有助于與別人更好地交流與溝通，因此，英語語音的教學非常重要。清楚了學生在語音方面易出現的問題，并刻意加以糾正，學好英語語音并不難。只有學好語音，才可以學會正確、流利的發音，才可以聽懂別人的談話和通過說來表情達意，進而促進讀和寫能力的提高，從而全面提高英語表達能力和綜合素質。

參考文獻

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2、李玉華“淺談英語語音教學中常出現的幾個問題及其處理方法” 聊城師范學院報1994年第3期

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中圖分類號：G4233文獻標識碼：A文章編號：1009-5349（2017）06-0019-02

近些年，生物信息學順應時代變化而成為生命科學的新興領域。[1]生物信息學主要是對核酸和蛋白質兩個大方向的數據進行處理與分析。[2]目前，生物信息學作為基礎課程在各高校生物科學專業及相關專業開設。其教學質量的高低對于培養學生的綜合能力具有重要的意義。[3]因此，各高校在教材選擇、課程安排、教學內容、實踐教學等方面不斷進行改進。[4]優秀的生物信息學教材是提高教學質量的基礎。對不同的教材進行對比分析，從中選取適合相關專業的教材，是教師的必要工作。本文對五種生物信息學教材進行分析，為不同專業對于教材的選擇提供參考和建議。

一、研究方法及教材簡介

（一）文獻研究法

筆者主要從以下三個方面進行文獻檢索。首先，搜索與生物信息學教材分析相關的著作。其次，利用中國知網、萬方數據庫等檢索與教材分析相關的期刊論文。最后，借鑒優秀教師的教案，仔細閱讀并進行分析。深入了解相關生物信息學教材分析的背景以便進行整理分析。

（二）對比研究法

本文主要選取了五種生物信息學教材，根據教材的基本框架結構及特點，對其進行對比分析，分析總結不同教材之間異同。

二、生物信息學教材分析

隨著課程改革的不斷完善，針對不同地區、不同專業，教材的使用也趨向多元化。生物信息學教材是教師進行教學活動的基礎。對不同的生物信息學教材進行對比，以便教師作出最適合的選擇。如表1所示，對五種教材從宏觀角度進行內容上的分析。

如表1所示，從中可看出這五種教材從整體編寫方面，都涵蓋了核酸和蛋白質兩個主要層面。主要內容包括：生物信息學的概念及發展歷程、數據庫的介紹、生物信息學常用統計方法、基因組學、蛋白質組學等幾大方面。并且，大多數教材都附有思考題，有利于學生課后對知識進行運用及加深理解。只是隨著生物信息學的飛速發展，不同版本的教材增添了新的相關的知識。同時不同教材的側重點略有差異。

另一方面，從表1中可看出，五種教材所包含的章節為7到15章不等。這說明，隨著科學技術的不斷發展，更多的前沿知識不斷地填充到教材中。所以，隨著時間的變化，不同的教材，具有各自的特色。

首先，教材的側重點不同。隨著各物種的基因組計劃的不斷完成，生物信息學發展實現了質的飛躍。并且融入到各個領域中。例如：由李霞、雷建波編寫的《生物信息學》，側重介紹了生物信息學與疾病的相關聯性。教材在內容和形式上有所創新。突出實用性，以臨床實際問題作為編寫出發點；而劉娟編寫的《生物信息學》一書中，以豐富的實例，重點介紹了相關數據庫和軟件的功能、應用策略和使用方法。在章節編排上涉及微陣列數據分析的內容，突出了生物信息學與數學的融合。

其次，不同教材的難度存在差異性。陶士珩編寫的《生物信息學》較基礎，包含了生物信息學基本內容，力求使學生全面了解和掌握生物信息學領域的重要基礎知識與基本操作技能。而陳銘編寫的《生物信息學》，根據生物信息學多學科融合的特點，增添編程與統計學知識，教材所涉及的知識范圍廣泛。使得無論是對教師還是學生來講，都要求具有深厚的學科背景。

最后，學科之間聯系程度差異。生物信息學作為一項生物科學的工具，不僅僅應用于生物學，同時，在醫學、農業專業、計算機科學等領域。[10]但不同教材所體現生物信息學與其他學科的聯系程度不盡相同。例如：吳祖建編寫的《生物信息學分析實踐》一書，主要包含了數據庫檢索、引物設計、序列分析等諸多技術問題。書中以圖表形式為主，文字介紹為輔，以讓學生學會操作為主，將生物信息學與計算機科學緊密結合。

三、結語

生物信息學重要特點為學科交叉性，涉獵范圍廣。不同的生物信息學教材適用于不同專業。本文對五種教材進行對比分析，根據教材不同特色并結合不同專業特點，為教師選擇適合的教材提出建議。陶士珩、劉娟編寫的兩版不同《生物信息學》，內容基礎，適用農業專業和師范專業作為教學用書；李霞、雷健波編寫的教材，主要突出了與醫學相關聯系，適用于醫學專業用書；陳銘、吳祖建所編寫教材，注重與計算機科學的關聯，實踐性強，有利于培養學生動手操作能力，適用于計算機專業。

參考文獻：

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[8]陳銘.生物信息學（第二版）[M].北京：科學出版社，2015.

[9]李霞，雷建波.生物信息學（第二版）[M].北京：人民衛生出版社，2015.

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2 結果與分析

2.1 棉鈴蟲類胰蛋白酶氨基酸序列理化性質分析

運用ProtParam在線軟件分析棉鈴蟲7種類胰蛋白酶氨基酸序列理化性質，結果見表1。由表1可知，棉鈴蟲7種類胰蛋白酶在理論等電點、脂溶指數以及氨基酸組成等方面均表現出相似性。其相對分子質量約為70 000，等電點約為5.00，氨基酸數目為253～256，Ala、Cys、Gly和Thr殘基含量較高。7種類胰蛋白酶的不穩定系數均較高，其中類胰蛋白酶Ⅲ的不穩定指數最低，為52.08，表明類胰蛋白酶在棉鈴蟲細胞內的穩定性較差，推測類胰蛋白酶代謝較為活躍，代謝周轉的速度較快。棉鈴蟲7種類胰蛋白酶的脂溶指數均較低，屬于親水性蛋白質。

2.2 棉鈴蟲類胰蛋白酶氨基酸序列磷酸化位點預測分析

使用NetPhosk 2.0 Server在線工具對棉鈴蟲7種類胰蛋白酶的氨基酸序列分別進行預測Ser、Thr與Tyr位點處發生磷酸化的概率結果見表2。從表2可見，在氨基酸磷酸化位點中Ser的預測分值最高，表明Ser發生磷酸化的概率最高，并且發現類胰蛋白酶Ⅲ中不具有Thr磷酸化位點；只有類胰蛋白酶Ⅴ具有Tyr磷酸化位點。以類胰蛋白酶Ⅲ為例進行說明：其氨基酸序列在第83位、243位、246位、247位這4個Ser位點處都有可能發生磷酸化，但第247位Ser發生磷酸化的概率最大，為M3=0.973。

2.3 棉鈴蟲類胰蛋白酶氨基酸序列分子進化樹分析

使用MEGA 5.0中的Fhylogenetic Tree方法構建分子系統發育樹結果見圖1。由圖1可知，7種類胰蛋白酶分為兩個分支，類胰蛋白酶Ⅰ、Ⅱ、Ⅶ與Ⅴ處于一個分支，類胰蛋白酶Ⅳ、Ⅲ與Ⅵ處于另一個分支。其中，類胰蛋白酶Ⅰ和類胰蛋白酶Ⅱ進化關系較近，類胰蛋白酶Ⅲ與類胰蛋白酶Ⅵ進化關系較近。

2.4 棉鈴蟲類胰蛋白酶的氨基酸序列分析

1）使用TMHMM 2.0在線工具對7種類胰蛋白酶的氨基酸序列跨膜結構進行預測分析，均不存在跨膜結構域。

2）使用ProtScale工具對7種蛋白酶的親、疏水性進行分析。7種類胰蛋白酶的總平均親水性為0.860～0.960，均表現為親水性。其中，多肽鏈靠近N末端區域親水性最強，最低分值為-0.500到-0.600，而C末端區域疏水性最強，最高分值為2.100到2.300。

3）用DNAMAN軟件比對分析7種類胰蛋白酶的氨基酸序列同源性（圖2）。在這7種蛋白酶氨基酸序列中，有較多保守的區域（如圖2中深顏色區域所示）。經過分析發現，7種類胰蛋白酶氨基酸序列結構相似，同源性最高為85.71%。7種類胰蛋白酶中均含有高度保守的必需氨基酸殘基，參與維持蛋白酶的空間結構及行使催化功能。比如第10、54、70、179、196、207與231位的Cys殘基，它們之間能夠形成二硫鍵以穩定蛋白酶的空間結構。第205位的Asp殘基與228、238位的Gly殘基能夠與底物形成離子鍵、氫鍵，參與類胰蛋白酶對底物的識別與結合。第69位的His殘基、114位的Asp殘基與211位的Ser殘基組成了類胰蛋白酶的催化基團，通過電子的傳遞，與底物分子中的Arg和（或）Lys殘基羧基端肽鍵發生親核反應，實現催化功能（氨基酸殘基位置以類胰蛋白酶Ⅲ為準）。

2.5 棉鈴蟲類胰蛋白酶的功能結構域分析

使用NCBI數據庫中CDD在線工具對類胰蛋白酶Ⅲ進行功能結構域分析（圖3）。結果表明，類胰蛋白酶Ⅲ屬于胰蛋白酶超家族，具有該家族特有的功能區域。類胰蛋白酶Ⅲ的16位（Ala）與17位（Arg）氨基酸殘基之間含有一個自剪切位點（Cleavage site），該位點與酶翻譯后的活化及轉運有關；69（His）位、114（Asp）位、211（Ser）位氨基酸殘基構成酶的催化位點（Active site）；205（Asp）位、228（Gly）位、238（Gly）位氨基酸殘基形成3個底物結合位點（Substrate binding sites），參與酶對底物的識別與結合，其他類胰蛋白酶的分析也得到相似的結果。

2.6 棉鈴蟲類胰蛋白酶的亞細胞定位分析

亞細胞定位預測結果見表3。由表3可以看出，類胰蛋白酶Ⅰ、Ⅱ主要位于內質網中，類胰蛋白酶Ⅲ主要位于內質網、液泡及細胞外基質中，而類胰白酶Ⅳ、Ⅴ、Ⅵ與Ⅶ主要位于細胞外基質中。亞細胞定位的多樣性體現了類胰蛋白酶在棉鈴蟲生命活動過程中具有多樣性的生物學功能，其中類胰白酶Ⅲ、Ⅳ、Ⅴ、Ⅵ與Ⅶ主要發揮消化作用，因為棉鈴蟲對食物的消化場所主要位于中腸（細胞外）。而類胰蛋白酶Ⅰ、Ⅱ與Ⅲ可能主要行使免疫保護作用，參與棉鈴蟲對外界環境的免疫應答。

2.7 棉鈴蟲類胰蛋白酶的二級結構分析預測

利用NPSA在線工具預測類胰蛋白酶的二級結構（表4）。由表4可知，無規卷曲是該類胰蛋白酶整體結構中的主要組成結構元件，β轉角出現概率相對較小。α螺旋主要分布于氨基酸序列兩側，而無規卷曲、延伸鏈則主要分布在多肽鏈中間區段。

3 小結與討論

本研究以棉鈴蟲腸道內7種類胰蛋白酶為研究對象，運用在線工具對其進行生物信息學分析。結果表明，7種類胰蛋白酶理化性質較為相似，為親水性蛋白酶。Ser是類胰蛋白酶序列中磷酸化概率最大的氨基酸殘基。分子系統發育樹結果顯示類胰蛋白酶Ⅲ與類胰蛋白酶Ⅵ進化關系較近，而類胰蛋白酶I和類胰蛋白酶Ⅱ在進化關系上更為接近。類胰蛋白酶不存在跨膜結構域，屬于基質類蛋白，這與其親水性的特點吻合。功能結構域分析發現類胰蛋白酶屬于胰蛋白酶超家族，其氨基酸序列中含有自切割位點、若干催化殘基與結合殘基。類胰蛋白酶的亞細胞定位具有多樣性，主要分布在細胞外與內質網中，這體現了類胰蛋白酶在棉鈴蟲生命活動過程中具有多樣性的生物學功能。二級結構分析預測表明無規卷曲在該類胰蛋白酶整體結構中所占比例最大，是其主要的結構元件。氨基酸序列同源性分析，7種類胰蛋白酶氨基酸序列的同源性較高，達到了85.71%，并且含有高度保守的必需殘基，參與維持蛋白酶的空間結構及行使催化功能，包括維持高級結構的Cys殘基，形成底物結合口袋的結合殘基及參與催化作用的催化殘基。依據此研究結果，能夠設計出與類胰蛋白酶活性中心特異性結合的抑制劑，抑制其活性，從而擾亂棉鈴蟲的正常消化，實現抗蟲目的。

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中圖分類號：G642.0 文獻標志碼：A 文章編號：1674-9324（2014）20-0214-02

生物信息學是一門由生命科學、數學和計算機科學相互滲透形成的新型交叉學科，它利用各種計算機軟件、生物學工具及互聯網技術對生命科學研究中產生的各種生物數據進行存儲、加工及分析，從而達到理解數據中的生物學含義的目標[1-3]。當前，生物信息學已經成為生物、醫學、農學、遺傳學、細胞學等生命領域各學科發展的強大推動力量，已成為生命科學研究者強有力的輔助工具。近年來，隨著分子生物學在動物植物育種、遺傳資源創新、品種改良、病蟲害防治等農業方面的應用，生物信息學作為一種實用、高效的手段被充分利用。《生物信息學》課程也相應地被列入各農業院校大學生教學計劃。新疆農業大學根據學校專業發展現狀及學生培養需求于2010年將《生物信息學》課程作為生物技術專業的必修專業課，通過三年來的教學實踐，針對課程教學中存在的無合適教材、網絡資料繁雜、教學內容陳舊、教學手段單一、考核模式簡單等問題[4-5]，筆者在課程的教學內容、教學方法、考核辦法等方面進行了初步探索，本文現就該課程教學模式作一論述。

一、教學目標及內容

由于生物信息學是一門新興學科，其理論及相關分析工具發展迅速、不斷更新，在課程教學目標和教學內容上也在不斷變化。我認為對于當前農業院校生物技術專業的培養目標和要求是讓學生理解掌握生物信息學相關的一些基本理論、實驗技術及實踐操作，以核酸序列及蛋白質序列的實際分析為主要側重點，著重培養學生的實踐能力，使他們能適應今后工作學習的需要。據此，確定了以下的教學內容：教學內容共36學時，分為理論基礎和上機實踐兩部分，理論課中穿插實例示范，共24學時。理論教學內容包括：生物信息學緒論、生物信息學的生物學基礎、生物信息數據庫及其檢索、序列的基本信息分析及比對、分子系統發育分析、蛋白質結構預測及分析、組學技術及信息學分析；上機實踐共12學時，內容包括：常用生物數據庫的查詢與搜索、核酸序列的分析方法實踐、多序列比對和系統發育分析、蛋白質序列分析及空間結構預測、DNA序列中基因結構預測分析。在理論授課中介紹與農業相關生物信息數據庫及應用，在實例分析中選用本校教師相關研究結果作為數據來源，拉近學生與知識點的距離，提高學習興趣，使學生認識到學習本課程的意義，通過講練結合使學生掌握相關實踐分析能力。

二、教學材料

1.教材的選擇。生物信息學目前仍處速發展時期，尤其是隨著各種新技術、新理論及組學的發展，涉及到的學科越來越多。當前生物信息學專著及教材層出不窮，但中文版書籍中影印國外原版教科書和翻譯書籍仍占很大比例，這類書籍中，專著專業性過強，而教材又多是針對生物信息學專業的學生或“一本”的學生編寫的，難度較大，并且各自側重點不同，并不適合作為一般的農業院校的生物信息學教材。筆者在教學過程中先后使用了由鐘揚等編寫、高等教育出版社出版的《簡明生物信息學》及由肖浪濤主編、中國農業出版社出版的全國高等農林院校“十一五”規劃教材《生物信息學》作為主要的參考教材。但是，在教學實踐中筆者感到《簡明生物信息學》由于出版時間較早（2001年）已不能滿足實際教學工作的需要，書中的很多內容都已更新，很多網站頁面也已重組或失效，而近年被廣泛使用的一些著名生物信息學軟件亦未涉及。而《生物信息學》一書偏重理論知識介紹，實例分析及操作應用偏少。因此，筆者根據本校專業建設需要及學生水平編寫了適用于本校學生使用的簡明教材。教材中理論部分主要參考上述兩本教材，并進行了簡化，降低難度，舍去算法、模型等專業性較強的章節；實踐部分參考薛慶中等主編、科學出版社出版的DNA和蛋白質序列數據分析工具（第2版，2010年）一書，并附具體實例，最終形成理論部分簡明易懂，實踐部分易學易用的實用型教材。

2.生物信息學相關數據庫及軟件的選擇。生物信息學發展迅速，相關生物信息數據庫及生物信息軟件數量不斷增加，版本不斷更新，這為生命科學相關研究提供了極大便利，但同時也為《生物信息學》課程實踐部分的教學帶來了挑戰與壓力。例如要分析一條蛋白質序列的分子量、等電點、氨基酸組成等信息，我們可以使用DNAMAN、Bioedit、DNAStar、Vector NTI等本地軟件分析，也可以使用ProtParam、SAPS等網絡在線程序分析。在有限的教學時間內，如何選擇數據庫及高效易用的生物信息學分析軟件也是教學中一個重要的問題。通過參考相關生物信息學分析的書籍及近年文獻，綜合考慮數據庫及軟件的通用型、易用性及本校學生的英語水平、計算機操作水平，結合教學目標及內容，我們選擇常用的核酸序列數據庫GenBank、蛋白質數據庫PDB等，軟件方面選擇DNAMAN、Bioedit、Clustal W、MEGA、Primer Premier、RasMol等常見的生物信息學離線分析軟件及整合于NCBI、EXPASY、PDB等網站上的在線分析軟件開展實踐教學，而其他軟件在課堂上只做簡單介紹，具體操作方法作為輔助資料供學生自學。這樣學生在有限的學時內可掌握更多的分析內容，達到“高效”的教學目的。

三、教學方法

1.及時更新完善多媒體教學資料。生物信息學課程理論知識較抽象，實踐操作多，與計算機、互聯網聯系緊密，內容更新快，當代大學生已習慣并樂于使用各種多媒體途徑獲取信息，這些特點決定了其非常適于進行多媒體教學。為此，我們根據教學內容開發制作了一套多媒體教學資料并及時更新完善。教學多媒體資料包括Power Point課件和Flas，課件注重知識的層次性、聯系性，將理論基礎、實驗技術操作流程等較抽象的生物信息學知識通過大量圖片形象地展示給學生，從而提高學生的學習興趣并加快學生對抽象知識的理解；動畫的內容是利用屏幕錄像軟件將實例分析過程錄像并配音，最后轉為Flash格式，穿插在理論教學及實踐教學過程中使用，從而使學生在自己實踐操作前先有一個形象的認識，將理論知識與實踐操作有機聯系在一起。

2.充分利用網絡教學平臺輔助教學。生物信息學是一門以互聯網為媒介、計算機為工具的學科。在教學中，網絡教學平臺的使用在提高學生學習興趣、增強師生互動、強化教學效果等方面起到了很好的輔助作用。利用網絡教學平臺，教師可將課程課件、動畫、分析工具、實踐教學內容等共享給學生并及時了解學生學習動態，學生可將實驗報告、作業、學習問題及意見反饋給教師，師生可以通過網絡教學平臺的論壇版塊在課余就學習或實踐中的問題進行討論，達到“教學相長”的教學目的。此外，利用網絡教學平臺還可將課堂中未詳細講述的大量數據庫、軟件的使用過程及相關電子參考書、文獻共享給學生，有利于提高學生學習自主性并拓寬課程外延。

3.邊講邊練，理論知識密切聯系實踐操作。德國心理學家艾賓浩斯研究發現，在學習和記憶過程中，最初階段遺忘速度最快，隨著時間推延，遺忘越來越慢。因此，為了讓學生能牢固掌握所學知識及實踐技能，我們在教學中采取邊講邊練的形式。對于理論知識，我們采取課前提問、課中提問、小測驗及實踐操作過程中知識點重現等方式，使重要理論知識在整個教學過程中多次出現，增強學生對課程知識體系的系統認知并強化其對理論知識的記憶。對于實踐操作，我們采取案例式教學，直接將實例分析穿插在理論授課過程中，并在理論課后及時安排學生在計算機房上機聯網操作，如在講授序列比對理論課時，實例演示使用DNAMAN、Blast等軟件進行序列比對的過程，并在理論課后緊跟DNAMAN軟件使用、數據庫搜索的實踐操作，這樣既加深學生對理論知識的理解，還有利于學生掌握實踐操作能力。

4.布置實踐任務，加強綜合能力培養。生物信息學教學強調學生的實踐能力培養。因此，在教學設計上，我們將學生按4～5人分成小組，通過學生自選或制定的方式布置特定實踐任務，要求學生以小組為單位，利用本課程所學知識及技能完成任務并提交任務報告。例如，在課程一開始講授數據庫時，要求學生通過查文獻、了解本校相關分子生物學研究內容并結合自己的興趣選擇特定基因，圍繞該基因，在后續整個課程的學習過程中利用掌握的各種生物信息學分析方法對其進行序列查詢、引物設計、序列比對、編碼區分析、蛋白理化性質預測、保守結構域預測、結構預測、分子系統發育分析等操作，過程中學生互相討論、取長補短，最終協作完成實踐任務。這樣既使學生較全面地掌握了課程內容，同時又加強了學生分析問題、解決問題的綜合能力。

四、考核辦法

在課程考核方面，本著生物信息學課程培養實踐應用能力的教學原則，為使學生真正掌握生物信息學的基本理論及實踐操作，我們改變了過去閉卷考試占主體或寫課程論文的簡單考核方式，采取了過程考核、實踐考核并結合考試考核的方式對學生的學習效果進行綜合評價。考勤及口頭提問占考核成績的10%，4次隨堂測驗占考核成績的20%，上機操作占考核成績的20%，實踐任務作業占考核成績的20%，期末閉卷考試占考核成績的30%。這樣考核雖然過程復雜，對學生及教師都帶來更大壓力，但杜絕了學生平時不學，期末突擊，忽視實踐的現象，學生必須注重平時的學習及實踐操作才能順利通過課程考核。這樣的考核辦法能夠更客觀準確地評價一個學生對課程的實際掌握情況。

隨著生物信息學在農業各研究領域的廣泛應用，掌握生物信息學知識及分析能力已成為農業院校相關專業畢業生的必備要求，生物信息學課程也必將在農業院校各相關專業建設中占據越來越重要的地位。通過本課程的教學實踐探索，學生學習主動性、實踐操作能力、最終學習效果均得到提高，筆者也積累了一定經驗，取得了一定的教學成效，找到了一些適合農業院校的切入點，但是課程教學中還有很多需要進一步完善改進的地方。生物信息學學科的快速發展，也決定了本課程的教學模式必將是一個動態發展的過程，相信隨著對生物信息學學科的深入認識，生物信息學課程教學模式也將不斷完善，形成自己的獨特體系。

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2在口腔腫瘤研究中的應用

目前的研究多利用生物信息學方法比較基因組學和蛋白質組學，能夠高效率、高通量地篩選口腔腫瘤的相關基因和蛋白，尋找腫瘤的診斷標記和治療靶點。

2.1口腔鱗狀細胞癌（oralsquamouscellcarcino-ma，OSCC）

OSCC是口腔常見的惡性腫瘤之一。美國國立癌癥研究所用抗體芯片的高通量蛋白組分析方法推測認為，上皮和間充質間涉及的多重細胞信號的分子信息在口腔癌的發生中起了關鍵作用。2004年，香港大學利用蛋白質組分析方法檢測了OSCC細胞，獲得了豐富的蛋白質信息，鑒定了與腫瘤相關的生物標記物或分子靶點。2005年日本千葉大學通過使用生物信息學的方法，鑒定了OSCC與正常組織中22種蛋白的表達存在差異。Wang等研究表明，活化激酶C受體1蛋白在OSCC中存在差異性表達，可作為OSCC的臨床診斷分子標記物、臨床預后指標及候選藥物靶標等。張永強等使用生物信息學技術構建人舌鱗癌細胞cDNA庫，并預測了Doc-1基因編碼的P12蛋白的某些結構和功能基序。另有研究采用甲基化DNA免疫沉淀結合芯片技術分析研究了口腔疣狀癌中基因組DNA甲基化的情況，為進一步探討口腔疣狀癌的發生分子機制和治療靶基因奠定了基礎。

2.2涎腺腺樣囊性癌（salivaryadenoidcysticcar-cinoma，SACC）

SACC是涎腺常見的上皮源性惡性腫瘤之一。盧友光等采用第二代差異顯示技術構建了SACC高低轉移細胞株的基因表達譜，通過生物信息學分析發現，Notch基因家族中的4個成員在ACC-2、ACC-M這2個細胞株中存在表達差異。另一研究運用生物信息學初步篩選出Notch信號通路在SACC中所涉及的基因，并采用實時熒光定量聚合酶鏈式反應和免疫組學方法進行了驗證，結果顯示：Notch信號通路中有46個基因與SACC相關，并檢測出其中的8個基因在SACC高低轉移細胞株中存在表達差異。

3在口腔黏膜疾病研究中的應用

3.1口腔扁平苔癬（orallichenplanus，OLP）

OLP是一種口腔黏膜癌前狀態，其病因不明。王文梅等建立了OLP與口腔正常黏膜蛋白表達譜，對OLP在雙向電泳圖譜中高表達差異的10個蛋白質進行質譜和生物信息學分析，鑒定發現了差異表達的蛋白。Tao等利用DNA芯片的特點篩選并建立了OLP的病變基因表達譜，研究共發現了985個差異表達基因，其中629個上調，356個下調，這為研究OLP的發病機制打下了基礎。

3.2口腔白斑（oralleukoplakia，OLK）

OLK指僅僅發生在口腔黏膜上的白色或灰白色角化性病變的斑塊狀損害。王文梅等通過蛋白質差異組學研究和生物信息學分析，鑒定出膜聯蛋白A2、角蛋白8以及角蛋白Ⅰ和Ⅱ型角蛋白亞基、免疫球蛋白J型輕鏈的C區片段等在OLK的發生發展過程中發生了改變。Odani等采用寡核苷酸芯片技術發現：兜甲蛋白和角蛋白在OLK的發生發展過程中的表達差異較大，且多個基因在癌變過程中顯著下調。周晌輝等利用cDNA芯片成功檢測出OLK和OSCC組織中30個基因的表達差異，其中17個為已知功能基因，這些功能基團與細胞分裂、信號傳導、免疫防御、細胞代謝及細胞成分等密切相關。

4在牙周疾病研究中的應用

牙周炎是導致成年人牙齒喪失的主要原因，嚴重影響了人類的身體健康。Steinberg等使用具有上皮細胞特異性的DNA芯片研究了白細胞介素對口腔角質形成細胞1β的作用，確定了與牙周炎相關的幾個基因。Vardar-Sengul等通過DNA芯片在1次實驗中同時分析出了超過40000個基因，得到了類似的結果。Beikler等構建了重度慢性牙周炎患者的牙周組織中的一些免疫和炎癥基因的表達譜。Covani等利用生物學實驗及生物信息學算法，鑒定出參與或可能參與牙周炎的61個基因，其中5個是主導基因，并完全建立起2個主導基因的牙周炎模型。

5在其他口腔研究中的應用

5.1口腔微生物

口腔微生物在維持口腔正常生理體系和誘導口腔疾病發生中具有重要作用。Chen等構建了口腔病原體的生物信息學資源。2008年，人體口腔微生物組數據庫啟動，方便了研究者查看和檢索口腔微生物信息。在對口腔致病菌的研究中，郭麗宏等利用生物信息學相關軟件及數據庫進行C血清型變異鏈球菌高毒力株特異DN段的基因分析、識別和功能預測，發現了5個新的基因片段以及高毒力株特異的DN段的主要功能。劉筱娣等采用生物信息學結合Southern印跡雜交法，構建了變異鏈球菌的蘇氨酰-tRNA合成酶基因敲除的重組質粒。另有研究者應用鳥槍法、蛋白質組學分析、美國國家生物技術信息中心檢索等，建立了變異鏈球菌耐氟菌株和親代菌株的蛋白質組表達譜。

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[中圖分類號]G642[文獻標識碼]A[文章編號]1673-7210（2020）09（a）-0069-04

傳統的婦科腫瘤學研究生教育重視的是單一學科的知識傳授，忽略了學科之間的交叉影響，教育理念陳舊，教學內容繁雜，傳授方法老套，學生們在接收和學習知識的過程中往往處于被動的位置，難以突破傳統思維的桎梏，這點顯然不符合現代醫學復合型人才的教育要求。婦科腫瘤學是大數據背景下知識更新迅速的學科之一，迫切需要全新的研究生教育理念進行知識的傳授。生物信息學理念剛好為這一過程搭建橋梁。

生物信息學是20世紀90年代逐漸興起的一門交叉學科，它以生物作為主要研究對象，借助計算機技術、信息科學技術、分子生物學技術和應用數學等手段，對大量復雜的生物數據進行處理、存儲、分析和闡述，旨在深入挖掘和揭示潛在的生物學意義。隨著精準醫療時代的到來，生物信息學的作用日益凸顯，它已經滲透到生命科學研究領域的各個方面，并成為了最有活力的前沿領域之一[1]。當前，國內不少高等醫學院校陸續開設生物信息學這門課程。對于醫學研究生而言，生物信息學不僅僅是一門課程，它還教會了學生從海量生物數據中挖掘有意義的生物信息，因此，從某種意義而言，它更是一種思維方式的體現。廣西醫科大學附屬腫瘤醫院（以下簡稱“我院”）婦科從1985年開始招收研究生，在學校開設生物信息學課程之初，即重視研究生生物信息學思維的培養，并且使他們學會將這種思維方式更好地應用于婦科腫瘤學研究領域，為社會輸送一批又一批具有生物信息學理念的現代醫師。

1將生物信息學核心理念應用于婦科腫瘤學研究生的教學實踐

生物信息學的核心理念是海量數據的管理和挖掘，注重學生自主學習能力的培養，而自主學習是一種新型教學理念，同時也是高等院校教學改革的主要方向之一[2]。生物信息學除了能教會學生使用大量的相關數據庫和在線分析工具進行科學研究以外，還能教會他們掌握主動學習的方法和途徑，學會利用現有的數據庫和在線分析工具進行深度挖掘，旨在幫助他們解決臨床實踐過程針對疑難病癥的診療問題，最終服務患者[3]。在婦科腫瘤學研究生教學實踐中引入生物信息學理念有如下幾個方面的具體表現：

1.1建立生物信息學的概念和意識

在婦科腫瘤學領域培養出具有生物信息學知識背景的研究生，這種跨學科創新型研究生培養模式，突破了傳統的單一學科研究生培養模式的桎梏，順應了新時代研究生教育的發展潮流。在日常研究生培養中，我院著重幫助學生建立起生物信息學的意識和思維方式。首先，在課程設置方面，我院動員婦科腫瘤學研究生自覺將生物信息學這門課程列為其研究生生涯的必修課程。通過課程的學習，學生將意識到，生物信息學是一門由生命科學和計算機科學交叉形成的新興學科，先后經歷了前基因組時代、基因組時代和后基因組時代三個階段，涵蓋了生物信息的獲取、處理、存儲、傳播、分析和闡述等方面[4]。其次，我院定期組織學生進行小組學習，通過線上線下混合式教學手段引導學生對生物信息學的深度學習。同時，我院也重視婦科腫瘤學教師自身的生物信息學通識教育，不定期邀請生物信息學教研室教師答疑解惑。最后，我院引導學生將生物信息學知識應用到研究生課題研究中，進一步加深學生對生物信息學和婦科腫瘤學知識的理解。

1.2學會使用生物醫學數據庫和在線分析工具

生物信息學發展至今，產生許多生物醫學數據庫和在線分析工具，如基因表達（geneexpressionomnibus，GEO）數據庫、蛋白質相互作用數據庫、微小RNA（microRNAs，miRNA）靶標數據庫、癌癥基因組圖譜（thecancergenomeatlas，TCGA）數據庫和用于注釋、可視化和集成發現（thedatabaseforannotation，visualizationandintegrateddiscovery，DAVID）的數據庫等常用數據庫和GEO2R在線工具、GeneMANIA在線工具和醫學本體信息檢索（CoremineMedical）平臺等常用在線分析平臺[5]。對于婦科腫瘤學研究生而言，無論是專業型研究生還是學術型研究生，掌握生物信息學知識并不在于如何進行復雜算法的開發、原始數據的處理或數據庫的構建，而是如何使用這些數據庫和在線工具進行數據挖掘和分析，并用于指導科學研究和臨床實踐。在婦科腫瘤學研究生教學實踐中，我院著重強調“以實踐為中心”。比如，Wei等[6]在其研究生課題中巧妙應用了GEO數據庫中的3個獨立基因芯片數據（GSE25191、GSE28799和GSE33874），進行基因差異表達分析和基因通路富集分析，并通過實時定量聚合酶鏈反應和TCGA數據庫驗證，發現整合素α6亞單位（integrinα6subunit，ITGA6）是卵巢癌腫瘤干細胞核心基因，該基因的高表達與卵巢癌化療的耐藥和預后差密切相關。研究生唯有親身實踐，將理論知識融入實踐中，才有可能熟練掌握這些生物醫學數據庫和在線分析軟件的使用方法和數理基礎。

1.3將數據挖掘理念融入科學研究和臨床實踐中

在生物醫學大數據時代背景下，生物醫學研究正發生著重大變革，從基因組學、蛋白質組學、代謝組學、轉錄組學和表觀遺傳學等多學科研究到基于海量臨床信息數據的真實世界研究，它們所產生的大量高維復雜的研究數據互相交匯，共同構成生物醫學大數據[7]。對研究生而言，如何將多層次臨床和研究數據進行深度挖掘和有機整合，從而轉化為新知識，既是機遇，又是挑戰。在婦科腫瘤學研究生教育中，我院將數據挖掘理念滲透到各個教學環節中，旨在讓研究生掌握主動學習的方法和途徑，培養其創新思維，為今后的科學研究和臨床實踐打下扎實的基礎。在科學研究方面，尤其是在課題選題和設計階段，組織學生利用互聯網查找學科領域的前沿問題或熱點問題，對自己感興趣的方向各自提出一個具體的科學假設。然后通過查找文獻和充分利用數據庫進行深入的數據挖掘，構建生物信息學分析網絡來回答具體科學問題。最后，組織學生進行分子實驗或利用臨床資料來驗證科學假設。在臨床實踐方面，引導學生將臨床上遇到的問題轉化成具體的科學問題，然后應用簡單的臨床生物信息學方法對具體的科學問題進行淺層次的數據挖掘，從而充分地為后續臨床研究做好準備。這種將數據挖掘理念融入科學研究和臨床實踐的教學方法，充分鍛煉了研究生的科研和臨床思維。比如，吳文娟等[8]進行卵巢上皮性癌鉑類耐藥相關差異表達蛋白質篩選時，結合了生物信息學方法分析，篩選出62個鉑類耐藥相關的差異表達蛋白質，然后通過正選擇分析時發現，蛋白C6、CNTN1在亞洲人群中均存在正選擇作用（P<0.05），而蛋白BCHE在歐洲人群中存在正選擇作用（P<0.05），基于CoremineMedical平臺的文獻挖掘及TCGA數據庫中的芯片數據交集分析進一步印證，12個差異蛋白（CRP、FN1、S100A9、TF、ALB、VWF、APOC2、APOE、CD44、F2、GPX3和ACTB）與卵巢癌鉑類耐藥相關。Wei等[9]在探討卵巢癌多藥耐藥的分子研究中，充分利用CoremineMedical平臺進行文獻數據挖掘，并結合分子生物學實驗發現，ITGA6可能在卵巢癌細胞中起到調節基因的作用，參與卵巢癌的多藥耐藥過程。蔣燕明等[10]在回答與宮頸上皮內瘤變進展相關的差異基因和信號通路這一問題上，通過對GEO數據庫中獲得的2套芯片數據（GSE63514和GSE51993）進行深入挖掘和綜合的生物信息學分析，篩選出與宮頸上皮內瘤變進展相關的14個差異表達基因和3條信號通路。

2生物信息學理念對婦科腫瘤學研究生教育的影響

傳統醫學與互聯網、大數據、人工智能等技術的深度融合催生了新醫科這一全新的現代醫學形態[11]，它借助了計算機科學和人工智能的爆發式發展，實質上也是多學科交叉融合的產物。這種順應時展的產物，顛覆了傳統醫學模式，深深地影響了醫學教育領域。在新醫科背景下，高等醫學教育更應該注重教育理念和培養模式的改革，滿足“健康中國”的戰略需求，培養出能夠運用學科交叉知識來解決醫學領域前沿問題并引領未來醫學發展的高層次醫學領軍人才[11]。研究生教育是我國教育體系中最高層次的教育，以培養拔尖創新人才作為主要任務和核心內容，建立以教學為基礎、以科研為主導、臨床和科研相結合的研究生培養模式，這是培養拔尖創新人才的根本方法[12]。在婦科腫瘤學研究生教育中引入生物信息學理念，恰好符合了新醫科背景下研究生拔尖創新人才培養模式，將對婦科腫瘤學研究生教育改革產生深遠影響。

2.1對傳統醫學教育模式的沖擊

傳統醫學教育模式重視學科教育的系統性，強調以學科為中心，忽視了學科間知識的滲透和交流，顯然不符合現代醫學教育的宗旨[13]。在傳統醫學教育模式下，學科的課程體系教學依舊采用灌輸理念，這種填鴨式的知識傳授過程容易磨滅學生主動探索知識的求知欲。在大數據時代，高等教育改革重點圍繞學生創新能力的培養展開，并積極引入現代化教育理念，強調以學生為中心、以實踐為主進行教學內容的更新[14-15]。最近十年，在《教育信息化“十三五”規劃》和《教育信息化十年發展規劃（2011-2020年）》等文件的引領下，國內教育信息化得到了迅猛的發展，包括大數據、云計算和人工智能等現代化信息技術已經進入現代教育系統，在這一歷史背景下，國家相繼出臺《中國教育現代化2035》和《教育信息化2.0行動計劃》等政策文件，為我國教育信息化建設道路指明了方向[16]。

作為一門交叉學科，生物信息學知識和理念早已滲透到各個醫學學科領域，并衍生出多個分支學科。臨床生物信息學是其中一個分支學科，也是一座搭建在基礎研究和臨床診療之間的橋梁，更是解決臨床腫瘤相關診治因素的新手段。因此，在精準醫學時代，很有必要引入腫瘤生物信息學特異性研究方法或全新高級的研究工具，來回答與腫瘤相關的關鍵問題[17]，對于腫瘤學的研究生教育亦是如此。婦科腫瘤學研究生教育不應該局限于講授單一學科的知識、基礎研究和臨床實踐，引入生物信息學理念，不僅對傳統醫學教育模式產生沖擊，還能培養研究生從多角度思考問題的能力，從而產生獨特的研究方法和形成創新性思維，更能培養研究生從不同的專業角度發現問題、分析問題和解決問題的能力[18]。

2.2提高教師教學理論素養和教學反思自覺性

在教學醫院，臨床醫師不但要從事臨床診療工作，還要承擔科研工作和教學任務。他們的日常臨床工作繁重枯燥，科研方法往往單調乏味，教學理念陳舊乏新。醫學教師作為醫學教育的實踐者，只有在先進教育理念的引領下，才有可能真正做到以學生為中心，使學生受益，從而提高人才培養的質量[19]。因此，醫學教師應該以更加開闊的視野主動投入到各類前沿的教學改革與研究中，重視有助于醫學生自主學習的教學手段開發和應用。臨床醫師學習先進的生物信息學知識和理念，并將之應用于臨床和教學實踐中，有助于他們對實踐中出現的難以解決的醫學問題進行合理解釋，同時滿足現代醫學研究和教育的發展需求，為提高自身教學理論素養和教學反思的自覺性提供了新途徑。

2.3拓寬研究生知識的深度和廣度

篇9

關鍵詞：師范教育改革；生物學信息學；課程建設

中圖分類號：G642.0 文獻標志碼：A 文章編號：1674-9324（2017）21-0102-02

隨著教育的發展，教師體制也不斷發生改變，順應發展的趨勢，教師資格證的改革開始不斷推進與完善。2012年《國家中長期教育改革和發展規劃綱要》精神和教育部部署啟動全國中小學和幼兒園教師資格證改革試點工作，2013年《中小學教師資格考試暫行辦法》出臺并規定：試點啟動后入學的師范專業學生申請中小學教師資格應參加教師資格考試。2015年我國正式實施教師資格證國考制度，并實行五年一個周期的注冊制度。教師資格證制度的變革是對高師院校實施教學改革的促進同時也是對師范生的挑戰。改革制度下更要求提高教師的綜合素質和學生能力的培養，而《生物信息學》所具備的專業性與前沿性正是師范教育對學生著重培養的方向與目標。

《生物信息學》是一門交叉學科，包含了對生物信息的獲取、加工、存儲、分配、分析、解釋等在內的所有方面，運用數學、計算機科學和生物學的各種工具闡明和理解大量數據所包含的生物學意義。隨著大規模的基因組測序工作的開展，生物學數據獲得了大量的積累，生物信息學悄然興起并得以蓬勃發展。生物信息學使學生了解學科前沿和新技術進展，同時培養學生綜合運用知識的能力。但目前多數院校只將其設為選修課程，重視程度很低，而且在教學內容、方法等方面存在一些問題。由于師范教育改革對師范生要求不斷提高，課程的學法和內容也要與時俱進，怎樣建構新的課程體系是高師院校需要解決的問題。

一、課程教學現狀

1.師資力量薄弱。生物信息學不僅對教師專業知識要求高，同時也需要有計算機理論基礎的教師來授課。但目前教授生物信息學課程的教師大多都為其他生物學課程的教師，這些教師往往缺乏專業的生物信息學分析軟件操作訓練和計算機基礎，不能將各學科更好融合。

2.教學方法滯后。生物信息學是一門交叉學科，但教師在教學過程依舊采用傳統教學方法，計算機輔助教學不常見，這種授課方式不僅效果欠佳也沒有發揮此學科的優勢。而且在教學過程中不注重培養學生對生物信息學的重要性的認識，所以學生認為該課程只是理論學科，認識不到其對實踐操作能力的重要和生物數據分析的意義。

3.實踐教學不足。受傳統的教學觀念影響，教師在教學過程中只注重理論教學忽視實踐教學，導致學生所學的理論知識與實踐脫節。因為生物信息學對于網絡高度依賴，但由于受學時限制，課堂教學的內容有限，實踐教學課時數較少，內容也比較簡單，缺乏完善的實踐教學過程，學生也缺乏實際動手操作的能力。

4.考評方案簡單。生物信息學的考核重點是學生對生物信息基本概念的理解，軟件操作的掌握程度及生物數據分析解釋的能力。但一些學校的考試形式還全部是理論知識，缺少實際操作能力的檢驗，這種考評辦法的評價效能差，而且不能體現學科的特點。

二、課程體系建設優化

1.提高教師素質。教師是教學的核心資源，其知識水平和操作技能都會影響教學的效果。提高教師素質首先要對任課教師開展《生物信息學課程教學改革和實踐》專題講座，其次鼓勵教師通過查閱相關文獻，了解課程的特點及發展，組織大家進行討論，再次，也要積極組織教師參加科研活動，提高科研新能力，在科研過程中進一步了解本學科的前沿內容。

2.編寫教學標準。如今的教師專業化不只是強調教師要有扎實的理論知識，更要有實踐能力。所以生物信息學的課程建設改革要組織新的教學內容，合理安排理論學時特別是實驗學時。課程標準對生物信息學的研究內容、現狀和發展前景做具體的介紹，主要對生物信息學的基本概念和基本方法進行講解，重點是分析軟件的操作方法和生物學數據庫的使用方法的講解。

3.改進教學方法。師范教育改革意味著對師范生各方面要求的逐漸提高，學生不能只被動接受知識，所以教師在教學中要利用多媒體輔助進行直觀教學，演示生物學數據庫的瀏覽與檢索，軟件的使用，基因序列的檢索、基因閱讀框架的找尋、序列比對、進化樹的構建等操作。教師也可以提供課件和DNASTAR、DNAMAN、MEGA、BIOEDIT等軟件安裝程序及使用手冊等擴大學生的自學空間，使學生的被動學習變為主動學習，也符合師范教育對學生創造能力、應用能力的培養。

4.教學科研結合。生物信息學教學強調能力的培養，且學科的交叉性也能使學生將所學知識與之結合。教師可以鼓勵學生參與相關課題研究，學校也可以提供機會讓學生參與到創新創業性研究的科研項目中，這樣的學習方式可以激發學生對科研的興趣，鞏固課程中所學到的知識，使學生掌握生物信息學課程的實踐技能，也更好的體現對師范生創新能力培養。

5.優化理論課結構。師范教育提倡以學生為主體的授課方式，所以課堂可以采取不同的學習方式如小組合作或學生講述等以此豐富理論課的教學模式。教師可以提出問題由小組成員討論研究學習，課堂也可以以自講的方式進行學習，學生通過查閱資料了解學科在臨床醫學、藥物產業等方面的應用以及在后基因組時代的主要研究內容等，不僅掌握了前沿知識同時也鍛煉教師技能，對于師范教育培養有很好的促進作用。

6.加強實驗課建設。師范教育在強調師范生理論知識的同時更注重實際的操作能力，所以實驗教學起著越來越重要的作用，在學習中通過生物數據庫的使用，可以提高學生處理生物信息的能力。生物學數據庫均可以通過網絡提供數據檢索服務，學生可以根據理論知識進行相應的實際操作。學院可以進一步開放實驗室，為學生創造動手操作的自學實驗環境。

7.改革考核方法。考試是檢測教學效果的方法，也是促進學生學習的有力手段。如何考核需要制定詳細的評價指標體系。生物信息學的考核改革是在基礎考核之上增加了小組答辯和論文成績。小組答辯以生物信息學在疾病研究中的應用為擬設計命題，培養學生協作收集整理相關文獻并展示其整合分析結果的能力。論文以蛋白質生物信息學分析在藥物靶點挖掘和藥物設計中的應用為題。最后根據論文結構完整性和內容獨創性、條理邏輯性和學術水平進行評分。

三、課程體系構建的進一步設想

進一步利用網絡學習平臺慕課擴展生物信息學的理論深度與新技術發展，學生可以進一步接觸并利用云計算等技術對大數據進行處理，或基于手機客戶端讓學生隨時可以查詢及學習，這樣的構建既是生物信息學課程建設的發展，也是培養學生能力的體現。生物信息學課程建設改革對學生綜合運用知識的能力起到了促進作用，也加強了理論聯系實踐的操作能力。生物信息學能夠培養學生全面掌握生物學知識，對今后選擇生物學科領域的工作有推動作用，也是師范生成為合格人民教師的理論基礎。

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篇10

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

基于生物學試驗數據，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。

1材料與方法

11數據

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均為0。通常不穩定系數小于 40 時，預測對應蛋白質在試驗中比較穩定，反之則不穩定。因此，除粉花石榴和紅花石榴中DFR屬于不穩定蛋白質外，其余均屬于穩定蛋白。

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和親水區，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定蛋白，其余幾種植物屬于穩定性蛋白。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。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，存在疏水區和親水區，疏水位點和親水位點個數不同，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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