生物信息学分析方法模板(10篇)

导言：作为写作爱好者，不可错过为您精心挑选的10篇生物信息学分析方法，它们将为您的写作提供全新的视角，我们衷心期待您的阅读，并希望这些内容能为您提供灵感和参考。

篇1

一、高中生物教学现状分析

1.教师队伍教学水平有待提高

教师是生物教学活动的组织者和引导者，生物教师的知识结构、教学能力以及道德品质的优劣直接影响到学生对于生物的学习兴趣和生物教学的实际效果，随着我国生物科学的发展，以及生物学逐渐与物理学和化学等学科进行相互渗透，逐渐形成了新的知识，这一趋势扩展到高中生物教学过程中，使得高中生物教学面临着严峻的考验，不仅要求生物教师要有广博的知识，还需要有全新的教学理念和较高的教学技能。同时在通常情况下，学校教师缺乏一定的危机意识，对于生物教学的积极性不高，一些教师仍然用传统的教学观念和落后的教学方法进行生物教学，这在很大程度上导致学生缺乏学习兴趣，致使生物教学效果差。[1]

2.生物整体教学质量有待提高

生物学是一门以实验为基础的学科，故而生物教学过程中需要重视实验教学，但是目前的生物教学过程中，生物实验教学距离标准要求仍有一定的差距，比如生物教学实验场地拥挤，学生不重视实验课，实验操作误差，实验结果不能达到预期等，同时，目前我国生物教科书采取“一纲多本”的政策，在选定生物教材的过程中，学校没有充分考虑教科书的更新换代，对于教科书更新不及时，影响了对于生物知识的更新速度，因此，教师要精心选择教学材料，同时高质量的教学材料，可以有效地提高教学质量。

3.对生物学科重视程度不高

由于生物学科在高考分数比例中占得不高，导致一些教师和学生对于生物的重视程度不高，受传统应试教育的影响，高考是一些学校教学安排的指挥棒，因为生物学科所占比例较低，学生和家长认为生物是不重要的，导致不重视生物学科的教学，这就大大降低了生物教师的教学积极性，没有良好的社会氛围，学生学习生物的动机不明确，导致了学生学习生物的内部动力不足。[2]

二、提高高中生物教育创新性的建议

1.加强生物教学基础设施建设

加强生物教学软件和硬件设施建设，提高整体教学能力。由于生物科学的特殊性，教学过程中需要开展实验教学，因此，为了提高高中生物教学的整体实力，需要结合学校的实力和条件确保学生实验设施完备。同时，要充分利用多媒体工具等更方便的使用方式，有助于提高学生的学校兴趣。同时针对生物实验教学的重要性，需要加强实验室的管理，加强对生物实验教学的重视，促进生物实验课形式多样化。提高生物实验教学效率。此外，要根据生物教学需要，及时购买和更新所需的实验设备，加强对生物教学硬件设施的保管和使用，并加强对实验室的规范化管理，确保生物教学设施完备。

2.提升生物教师队伍教学水平

根据高中生物教学的具体实践，生物教师队伍的教学水平在很大程度上影响着高中生物教学的整体教学水平，提升高中生物教师的教学水平，首先，需要提高教师的敬业精神和责任感，促进教师充分认识到生物教学的重要性。其次，教师要转变角色，教师是生物教学活动的组织者和引导者，鼓励教师在备课的同时研究和了解学生的思想和行为，创新生物教学方法，提高教学质量。最后，可以采取适当的激励措施，给教师提供一定的物质奖励和精神奖励。因此，为了实现高中生物教学模式的创新，教师应不断提高学生主动学习的能力，同时，也要加强自身教学方式方法的转型升级，这将有助于教师和学生的全面发展。

3.推进生物教育方法的创新

在高中生物课堂的教学环境下，生物教师应避免采用传统的教学方法，要结合学生的不同，注重学生的差异，从帮助学生成长的高度，来创新生物教学方法。在生物教学过程中适当给予鼓励和支持，让学生有一个积极的态度和愉悦的心情投入到生物学习过程中，同时，学生们也需要发挥自己生物学校的主观能动性。教师和学生在同一时间接受生物教育，并且教师要针对学生在学习过程中存在的问题与不足，采取合理的方法使每一个学生都能积极思考，探索自己，提高学习质量和效果。同时要结合具体的发展实际来促进生物教学法的创新和发展，生物科学是自然科学的一门学科，为了提高高中生物教学的质量，教师要转变教学方式，当然与此同时看，学生也必须改变学习方法。在教学方法上，生物教师应注意采用多种教学方法，加强与学生之间的互动，充分调动学生的积极性，挖掘学生学习生物的潜能，让学生探索知识，促进学生得到全面发展。

4.激发学生学习生物的兴趣

为了提高学生对高中生物课程的兴趣，教师可以在日常的生物课堂教学过程中，将教材的课程学习内容和具体实际生活有目的的联系起来，通过生活实际来引起学生学习的兴趣，也就是通过生活中的一些生物学现象来吸引学生掌握解决问题的能力，并在这一过程中促进学生学到生物科学相关的基本知识。同时，加强生物实验课的日常学习和引导，也能吸引学生用生物知识来解决日常生活中的问题，提高学生的成就感。此外，还可以通过开展生物知识竞赛等活动，提高学生学习生物知识的兴趣，组织开展各种生物知识竞赛，可以有效地提高生物课程的教学质量，可以促进学生更好的掌握基础知识，对学生学习成绩的提高可以起到巨大的推动作用。[3]

三、结语

总而言之，结合当前高中生物教育现状，虽然高中生物教学改革取得了一定的成绩，但仍有许多需要完善和修改的地方，因此加强高中生物教学方法的创新，必须更新教学观念，树立正确教育质量观，教师要及时进行角色转换，采用现代化的生物教学方法，才能更好的促进生物教育教学质量的提高。

参考文献

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：建立一种结核分枝杆菌(H37Rv)分泌性蛋白的预测方法，为后续研究提供参考依据. 方法：以SignalP和TMHMM两个软件对结核分枝杆菌蛋白组进行扫描，基于Visual FoxPro构建“蛋白质数据分析处理系统”对扫描原始数据进行分析处理以识别分泌性蛋白，再经BLASTp完成相似性比对. 结果：预测出了179种分泌性蛋白，其中12种为H37Rv所特有. 结论：生物信息学方法可作为一种研究分泌性蛋白的辅助工具，用于指导实验.

【关键词】 结核分枝杆菌；分泌蛋白；信号肽；生物信息学

0引言

结核分枝杆菌（Mycobacterium tuberculosis， MTB）的分泌蛋白不但在豚鼠实验中可以引发迟发性超敏反应，在结核病患者体内也可诱导抗体的产生［1］，对结核病的预防和诊断具有重要意义. 目前有两种实验生物学方法用于MTB分泌蛋白的研究，一种是通过二维凝胶电泳的方法分离MTB早期培养滤液蛋白（CFP），再通过N端测序［2］或免疫学方法加以确定［3］. 另一种是通过基因融合的方法将MTB的基因与报告基因融合后进行表达，再对报告基因的表达产物进行定位，以确定是否为分泌表达［4］. 已有30多种MTB分泌蛋白通过实验方法得以确认，但MTB分泌蛋白远不止这30多种，尚有很多未被发现. MTB蛋白分泌的主要途径是sec-依赖性的分泌途径也称为II型分泌途径，该类分泌蛋白的结构特点是新生肽链的N末端具有典型的信号肽特征，主要分为N区、H区、C区三个部分. N区位于信号肽N端，含有1～3个带正电荷的氨基酸残基；H区位于信号肽中间，由10～15个疏水氨基酸残基组成；C区位于信号肽C端，富含亲水氨基酸，能被信号肽酶识别. 信号肽所具备的这些数量化特点为计算机自动化分析预测提供了可能.

分泌蛋白和膜蛋白都含有信号肽序列，所不同的是分泌蛋白在信号肽之外不再有疏水的跨膜区，信号肽引导分泌蛋白跨膜穿梭之后，信号肽酶在相应位点将信号肽切除，以此完成成熟分泌性蛋白的分泌过程；而膜蛋白在信号肽之外还有一个以上的疏水跨膜区，信号肽在引导膜蛋白跨膜时，由于疏水跨膜区的存在使得膜蛋白停留在细胞膜中. 本文预测MTB分泌性蛋白的方法主要涉及到两方面内容：一方面是对信号肽序列的识别，另一方面是对蛋白疏水跨膜区的识别. 首先通过对信号肽的识别将分泌性蛋白和膜蛋白从其他蛋白质组中区分出来，然后从中寻找疏水跨膜螺旋以区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）发现有12条预测出的分泌性蛋白为MTB所特有.

1预测方法

预测方法如图1所示.

1.1搜集结核杆菌H37Rv基因组和蛋白组信息在美国国家生物技术信息中心(ncbi.nlm.nih.gov)的核酸数据库Nucleotid中查寻关键词“H37Rv complete genome”. 从搜索结果中查找H37Rv全基因组，并以FASTA格式下载. 从英国基因组研究中心Sanger center的数据库(ftp://ftp.sanger.ac.uk/pub/tb/sequences/)下载全蛋白质组信息.

1.2分析数据分别向SignalP和TMHMM提交H37Rv蛋白组数据. 由于SignalP服务器对单次提交数据量有数量限制，因此将H37Rv蛋白组数据分为8次提交（Rv0001Rv0500，Rv0501Rv1000，……Rv3501Rv3924）. 另由于Rv2048单数据量过大，超过SignalP服务器对单数据的处理范围，因此将Rv2048 C端部分氨基酸残基除去（不影响N端信号肽分析）. 由于TMHMM服务器对提交数据量没有限制，可一次全部提交. 返回数据一次保存.

1.3建立数据库根据本课题的实际需求，依据SignalP和TMHMM分析结果的数据特点，使用VFP6.0开发了“蛋白质数据分析处理系统”用来存储和处理SignalP和TMHMM的原始分析结果(图2).

1.4获得分泌性蛋白和膜蛋白通过上述数据分析系统自动完成分泌性蛋白和膜蛋白的识别和查询.

1.5BLASTp分析将预测出的所有H37Rv分泌性蛋白通过NCBI的BLASTp服务器与所有已知的蛋白序列进行相似性比对，以获得结核杆菌H37Rv特有的分泌性蛋白.

2结果

2.1H37Rv基因组和蛋白组信息搜集从美国国家生物技术信息中心ncbi.nlm.nih.gov的核酸数据库Nucleotid中查寻到编号为NC_000962的记录，其中包含了H37Rv的全部基因组信息共4 411 529 bp，从Sanger的数据库获得蛋白组信息，共3924条蛋白序列数据.

2.2H37Rv蛋白组信号肽和跨膜区分析将SignalP和TMHMM的原始分析结果通过“蛋白质数据分析处理系统”自动识别N端具有N区、H区和C区等典型信号肽特征的蛋白质和具有典型跨膜螺旋特征的蛋白质，通过数据库的自动查询功能共发现了179个分泌性蛋白（其中有12个已得到相关文献的证实，表1）和150个膜蛋白.表1H37Rv蛋白组信号肽和跨膜区分析结果（略）

2.3BLASTp分析对179条分泌性蛋白经BLASTp分析发现有12条蛋白为H37Rv特有，在其他物种已发表的蛋白质序列中无任何相似区域（表2）.表2BLASTp分析结果（略）

3讨论

在对结核杆菌H37Rv的3924条蛋白质分析过程中SignalP共预测出了573条蛋白质含有信号肽；TMHMM预测出了786条蛋白质含有疏水跨膜螺旋，其中623条蛋白质含有信号肽. SignalP和TMHMM对信号肽预测结果的交集为329条，其中150条含有信号肽外疏水跨膜区被列为膜蛋白，其余179条蛋白不含信号肽外疏水跨膜区因而被列为分泌性蛋白.

SignalP和TMHMM的原始分析结果数据量非常大，每条蛋白质包含了“蛋白编号”、 “可信度”以及“酶切位点”等11项不同信息，因此H37Rv的分析结果中信息量多达43 164条. 若要对4万多条信息进行人工比较将是一项费时、费力的工作，且人工比较的准确性也难得到保证. 我们开发出基于Visual FoxPro的“蛋白质数据分析处理系统”，不仅能将SignalP和TMHMM的原始分析结果自动导入数据库，而且可对数据库中的各项数据进行比较，实现了将分泌性蛋白和膜蛋白的识别工作完全交给计算机来完成. 以前用人工方法可能要花费数周时间的工作，现在利用这套系统仅需数秒钟即可完成，同时排除了人为可能造成的错误.

蛋白质的功能由其特定的空间结构决定，而这种空间结构又由蛋白质的氨基酸顺序决定. 如果两个蛋白质的一级序列相似，尤其是活性位点的一级序列相似，便很可能预示着这两种蛋白质具有相似的功能. 因此，对未知功能的蛋白质进行序列比对是生物信息学中的一项重要工作. 本研究通过对预测出的179种分泌性蛋白进行序列相似性比对（BLASTp）发现其中有12种为结核杆菌所特有且功能未知. 可以设想，这12种蛋白质或许对结核杆菌的临床诊断具有一定的潜在应用价值. 作为分泌性蛋白，它们也可能是具有保护性作用的抗原，在治疗结核病的疫苗研究中成为新的靶点［14］.

综上所述，利用该体系可实现对结核杆菌H37Rv分泌性蛋白和膜蛋白的快速预测. 我们开发的“蛋白质数据分析处理系统”可以处理所有SignalP和TMHMM的分析结果，因而该系统不仅能用于结核杆菌的分泌性蛋白和膜蛋白的预测，而且还可用于其他原核细胞或真核细胞的分泌性蛋白和膜蛋白的预测. 作为尝试性的研究，本课题还存在很多不足之处. 例如：该预测体系建立在GSP(General secretory pathway)理论基础之上，虽然大多数蛋白质的分泌途径遵守GSP理论，但是蛋白质的分泌过程却不止这一种途径，有些蛋白质的分泌并不需要信号肽的存在［15］，这类蛋白质无法被该系统检测出来. 另外，膜蛋白的疏水跨膜区有些是以β桶型结构存在［16］，而非α螺旋结构，因此在预测过程中有可能将这类膜蛋白误认为是分泌性蛋白.

参考文献

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篇3

语音是语言的物质外壳，是掌握语言知识和获得语言技能的基础，所以学习语言必先从语音开始。学好语音是学好英语的关键和基础。新疆中职学校学生多数是偏远农村地区的、初中学习习惯较差、中考无望的学生，由于这些学生语音基础极差，学生大多连音标都认不全，根本无法拼读和正确记忆单词。没有掌握拼读能力，就等于没有进入学习英语的大门。因此，在学生进入中职学校学习初期，教师应注重基础语音教学，以增强学生的自信心，提高学生学习英语的兴趣。

新疆中职学生语音错误主要受西北方言和新疆土话的影响，由此而形成新疆所特有的英语语音错误。

一、学生在学习过程中常见的语音错误分析

1、元音方面出现的问题：

⑴长短元音不分，长音不够长，短音不够短。英语的不同元音，在结合相同的辅音时，长短可能表现出完全不同的词义，例如： seat和sit；sheep和ship；reach和rich

⑵单元音之间的辨析弄不清楚，口型和音位把握不准。特别是/e/和/ /，如end和and；pen和pan

⑶某些双元音和某些单元音不分，如/ei/和/i：/以及/u/和/ u/， 例如：很多同学将way读成we； case读成kiss； phone读成/fun/。

⑷双元音简化及缺少滑动，没有音长的前后变化也没有力度轻重。一般双元音前面的长，后面的短，前面的重，后面的轻，中间过度要圆滑而平稳自然。例如：like， lack； gate，get

2、辅音方面出现的问题：

⑴在/p/、/b/、/t/、/d/、/k/、/l/、/m/、/n/等辅音后常常加上一个元音/ /，如read（/ri：d /） a book（/buk /.

⑵在/s/和/θ/，/z/和/ /发音时混淆，问题在于两组音中后者要咬舌。如mouth和mouse，thing和sing。很多同学将this is读成/zis iz/，thanks读成/s ks/

⑶由于新疆学受西北方言和新疆土话的影响，对于三个鼻音/m/，/n/和/ /，的发音方法不易掌握。在读元音后面的/m/时， 许多学生双唇不紧闭， 如： form被读成/f ：n/， 或者干脆不发音。鼻音/n/和/ /更是分不清， 例如：strong读成/str ： n/； 然而/ /是一个后鼻音，发音时舌后部抬起， 软腭下垂，堵住口腔通道，气流从鼻腔通过。/n/是一个前鼻音，舌尖紧贴上齿龈形成阻碍。

⑷混淆唇齿摩擦音/v/和响音的半元音/w/： 例如：win读成 /vin/； very读成/ weri/。实际上发/w/的音时，后舌位抬得很高，双唇收圆，并稍突出。注意发/w/时气流不受发音器官的阻碍，只是气流通过唇角时有一些磨擦。在发/v/时不要只是将上齿轻轻地落在下唇上，而是要将上齿固定地放在下属上，然后使气流从上齿与下唇间的缝隙中通过，发生磨擦。

⑸ /r/发音不好掌握。新疆学生发音较硬，而/r/发音时要求舌头较软。这个音是舌尖抬向齿龈后部，向后面的硬鄂弯曲时可将双唇突出，来帮助舌向后弯的动作。例如： road /r ud/

二、常见语音错误的纠正方法

为了调动学生学习的积极性和培养学生学习英语的自信心，针对新疆中职学生语音的常见错误，教师在教学中合理地运用各种教学技巧来纠正学生的发音错误。英语语音教学中具体可操作的纠错方法是多种多样的，常用的有：多媒体图形演示法、模仿法、手势法、学习者录音法、近似发音对比练习法、语音听音辨音法、绕口令语音训练法及朗读和背诵法等。下面分别说明每种纠错方法。

1、多媒体图形演示法：伴随现代教学技术的广泛应用，教师将多媒体教学手段引入语音课堂， 例如：

/m/ /n/ / /

通过直观的演示图，学生能够看到/e/和/ /；/m/、/n/和/ /的不同之处。还可以使用计算机辅助发音训练系统，可以准确地定位说话者发音的错误所在。这是每个人可以在任何时间，在虚拟环境中提高自己语音水平的最好选择。目前，新疆中职学校的计算机系统还达不到这个要求。

2、模仿法：模仿是提高语音能力的基本方法，目的在于训练正确的语音、语调，提高流利程度，培养英语语感。学生模仿时要注意口型，口腔肌肉要充分调动起来，以正确模仿每个音素的发音方法， 并反复练习，达到熟练。中小学的英语语音以直接模仿法为语音模仿的主要手段，给学生提供一些语音素材，从音素到词汇，从句子到篇章，由浅入深地要求学生模仿单纯。中职学生是教师通过对所学语音某些特点的说明，让学生在语音理论的指导下自觉模仿。采用这种方法时，将汉语普通话中的发音原理与英语的发音原理进行比较，在比较中分析两种语言在发音方面的异同，从而使学生纠正、避免用汉语发音代替英语发音的错误习惯。

3、手势法：非常直观的看到近似语音的不同。

4、学习者录音法：利用录音机、MP3或者手机等设备，让学生的发音录制成录音材料，再与native speaker的朗读材料进行对比，找出学生发音的部位、程度的缺陷或错误的性质，及时纠正。教师可以要求学生上交录音作业，允许学生不断更新录制，以求最佳录音效果。这种方法较费时费力，所以应课内与课外相结合。

5、近似发音对比练习法：发音对比练习有利于教师进一步矫正学生的发音。例如：近似元音对比：bad和bed； feel和 fill； may和 key； coat和 group； 近似辅音对比：lead和 leader； soothe和smoothly ； father和 jazz；句子来区别：from morning till evening， Tom sings the same song again and again； I love every view of the Great Wall等。

6、语音听音辨音法：学生在改善自己读音时往往需要具有敏感的听力与感知力，对不同声音切分区形成正确判断，并最终实现通过辨音达到纠音的目的。教师罗列学生平时易发错的、辨识度弱的单词。每两个单词为一组，例如：heat和hit； bet和bat； see和 say； both和 so； is和this； son和song。学生先听，然后选出或写出自己所听到的单词。此练习的优势是充分体现了以学生为主体的学习方式，让学生从以往被动跟读的机械操练转变为现在的听读、纠辨，其主动性被充分调动起来，教学效果良好。

7、绕口令语音训练法： 绕口令常把容易混淆或念错的音放在一起，朗读时学生可以反复检查对比自己的口型使口腔习惯于该音的准确位置，提高发音器官的适应性。

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、朗读和背诵法：中职学生往往对朗读不太重视。事实上朗读背诵锻炼英语的发音，语调与节奏；使口腔各发音部位灵活，增进说英语时的流利程度；使耳朵增加听英语的机会，从而提高英语听力；充分应用读书四到：眼到，口到，耳到，心到，比默读时更能记住所读的教材。

英语语音是英语口语交际的基础，正确的英语语音有助于与别人更好地交流与沟通，因此，英语语音的教学非常重要。清楚了学生在语音方面易出现的问题，并刻意加以纠正，学好英语语音并不难。只有学好语音，才可以学会正确、流利的发音，才可以听懂别人的谈话和通过说来表情达意，进而促进读和写能力的提高，从而全面提高英语表达能力和综合素质。

参考文献

1、王桂珍 高等教育出版社， 2000.

2、李玉华“浅谈英语语音教学中常出现的几个问题及其处理方法” 聊城师范学院报1994年第3期

篇4

中图分类号：G4233文献标识码：A文章编号：1009-5349（2017）06-0019-02

近些年，生物信息学顺应时代变化而成为生命科学的新兴领域。[1]生物信息学主要是对核酸和蛋白质两个大方向的数据进行处理与分析。[2]目前，生物信息学作为基础课程在各高校生物科学专业及相关专业开设。其教学质量的高低对于培养学生的综合能力具有重要的意义。[3]因此，各高校在教材选择、课程安排、教学内容、实践教学等方面不断进行改进。[4]优秀的生物信息学教材是提高教学质量的基础。对不同的教材进行对比分析，从中选取适合相关专业的教材，是教师的必要工作。本文对五种生物信息学教材进行分析，为不同专业对于教材的选择提供参考和建议。

一、研究方法及教材简介

（一）文献研究法

笔者主要从以下三个方面进行文献检索。首先，搜索与生物信息学教材分析相关的著作。其次，利用中国知网、万方数据库等检索与教材分析相关的期刊论文。最后，借鉴优秀教师的教案，仔细阅读并进行分析。深入了解相关生物信息学教材分析的背景以便进行整理分析。

（二）对比研究法

本文主要选取了五种生物信息学教材，根据教材的基本框架结构及特点，对其进行对比分析，分析总结不同教材之间异同。

二、生物信息学教材分析

随着课程改革的不断完善，针对不同地区、不同专业，教材的使用也趋向多元化。生物信息学教材是教师进行教学活动的基础。对不同的生物信息学教材进行对比，以便教师作出最适合的选择。如表1所示，对五种教材从宏观角度进行内容上的分析。

如表1所示，从中可看出这五种教材从整体编写方面，都涵盖了核酸和蛋白质两个主要层面。主要内容包括：生物信息学的概念及发展历程、数据库的介绍、生物信息学常用统计方法、基因组学、蛋白质组学等几大方面。并且，大多数教材都附有思考题，有利于学生课后对知识进行运用及加深理解。只是随着生物信息学的飞速发展，不同版本的教材增添了新的相关的知识。同时不同教材的侧重点略有差异。

另一方面，从表1中可看出，五种教材所包含的章节为7到15章不等。这说明，随着科学技术的不断发展，更多的前沿知识不断地填充到教材中。所以，随着时间的变化，不同的教材，具有各自的特色。

首先，教材的侧重点不同。随着各物种的基因组计划的不断完成，生物信息学发展实现了质的飞跃。并且融入到各个领域中。例如：由李霞、雷建波编写的《生物信息学》，侧重介绍了生物信息学与疾病的相关联性。教材在内容和形式上有所创新。突出实用性，以临床实际问题作为编写出发点；而刘娟编写的《生物信息学》一书中，以丰富的实例，重点介绍了相关数据库和软件的功能、应用策略和使用方法。在章节编排上涉及微阵列数据分析的内容，突出了生物信息学与数学的融合。

其次，不同教材的难度存在差异性。陶士珩编写的《生物信息学》较基础，包含了生物信息学基本内容，力求使学生全面了解和掌握生物信息学领域的重要基础知识与基本操作技能。而陈铭编写的《生物信息学》，根据生物信息学多学科融合的特点，增添编程与统计学知识，教材所涉及的知识范围广泛。使得无论是对教师还是学生来讲，都要求具有深厚的学科背景。

最后，学科之间联系程度差异。生物信息学作为一项生物科学的工具，不仅仅应用于生物学，同时，在医学、农业专业、计算机科学等领域。[10]但不同教材所体现生物信息学与其他学科的联系程度不尽相同。例如：吴祖建编写的《生物信息学分析实践》一书，主要包含了数据库检索、引物设计、序列分析等诸多技术问题。书中以图表形式为主，文字介绍为辅，以让学生学会操作为主，将生物信息学与计算机科学紧密结合。

三、结语

生物信息学重要特点为学科交叉性，涉猎范围广。不同的生物信息学教材适用于不同专业。本文对五种教材进行对比分析，根据教材不同特色并结合不同专业特点，为教师选择适合的教材提出建议。陶士珩、刘娟编写的两版不同《生物信息学》，内容基础，适用农业专业和师范专业作为教学用书；李霞、雷健波编写的教材，主要突出了与医学相关联系，适用于医学专业用书；陈铭、吴祖建所编写教材，注重与计算机科学的关联，实践性强，有利于培养学生动手操作能力，适用于计算机专业。

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[7]吴祖建.生物信息学分析实践[M].北京：科学出版社，2010.

[8]陈铭.生物信息学（第二版）[M].北京：科学出版社，2015.

[9]李霞，雷建波.生物信息学（第二版）[M].北京：人民卫生出版社，2015.

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2 结果与分析

2.1 棉铃虫类胰蛋白酶氨基酸序列理化性质分析

运用ProtParam在线软件分析棉铃虫7种类胰蛋白酶氨基酸序列理化性质，结果见表1。由表1可知，棉铃虫7种类胰蛋白酶在理论等电点、脂溶指数以及氨基酸组成等方面均表现出相似性。其相对分子质量约为70 000，等电点约为5.00，氨基酸数目为253～256，Ala、Cys、Gly和Thr残基含量较高。7种类胰蛋白酶的不稳定系数均较高，其中类胰蛋白酶Ⅲ的不稳定指数最低，为52.08，表明类胰蛋白酶在棉铃虫细胞内的稳定性较差，推测类胰蛋白酶代谢较为活跃，代谢周转的速度较快。棉铃虫7种类胰蛋白酶的脂溶指数均较低，属于亲水性蛋白质。

2.2 棉铃虫类胰蛋白酶氨基酸序列磷酸化位点预测分析

使用NetPhosk 2.0 Server在线工具对棉铃虫7种类胰蛋白酶的氨基酸序列分别进行预测Ser、Thr与Tyr位点处发生磷酸化的概率结果见表2。从表2可见，在氨基酸磷酸化位点中Ser的预测分值最高，表明Ser发生磷酸化的概率最高，并且发现类胰蛋白酶Ⅲ中不具有Thr磷酸化位点；只有类胰蛋白酶Ⅴ具有Tyr磷酸化位点。以类胰蛋白酶Ⅲ为例进行说明：其氨基酸序列在第83位、243位、246位、247位这4个Ser位点处都有可能发生磷酸化，但第247位Ser发生磷酸化的概率最大，为M3=0.973。

2.3 棉铃虫类胰蛋白酶氨基酸序列分子进化树分析

使用MEGA 5.0中的Fhylogenetic Tree方法构建分子系统发育树结果见图1。由图1可知，7种类胰蛋白酶分为两个分支，类胰蛋白酶Ⅰ、Ⅱ、Ⅶ与Ⅴ处于一个分支，类胰蛋白酶Ⅳ、Ⅲ与Ⅵ处于另一个分支。其中，类胰蛋白酶Ⅰ和类胰蛋白酶Ⅱ进化关系较近，类胰蛋白酶Ⅲ与类胰蛋白酶Ⅵ进化关系较近。

2.4 棉铃虫类胰蛋白酶的氨基酸序列分析

1）使用TMHMM 2.0在线工具对7种类胰蛋白酶的氨基酸序列跨膜结构进行预测分析，均不存在跨膜结构域。

2）使用ProtScale工具对7种蛋白酶的亲、疏水性进行分析。7种类胰蛋白酶的总平均亲水性为0.860～0.960，均表现为亲水性。其中，多肽链靠近N末端区域亲水性最强，最低分值为-0.500到-0.600，而C末端区域疏水性最强，最高分值为2.100到2.300。

3）用DNAMAN软件比对分析7种类胰蛋白酶的氨基酸序列同源性（图2）。在这7种蛋白酶氨基酸序列中，有较多保守的区域（如图2中深颜色区域所示）。经过分析发现，7种类胰蛋白酶氨基酸序列结构相似，同源性最高为85.71%。7种类胰蛋白酶中均含有高度保守的必需氨基酸残基，参与维持蛋白酶的空间结构及行使催化功能。比如第10、54、70、179、196、207与231位的Cys残基，它们之间能够形成二硫键以稳定蛋白酶的空间结构。第205位的Asp残基与228、238位的Gly残基能够与底物形成离子键、氢键，参与类胰蛋白酶对底物的识别与结合。第69位的His残基、114位的Asp残基与211位的Ser残基组成了类胰蛋白酶的催化基团，通过电子的传递，与底物分子中的Arg和（或）Lys残基羧基端肽键发生亲核反应，实现催化功能（氨基酸残基位置以类胰蛋白酶Ⅲ为准）。

2.5 棉铃虫类胰蛋白酶的功能结构域分析

使用NCBI数据库中CDD在线工具对类胰蛋白酶Ⅲ进行功能结构域分析（图3）。结果表明，类胰蛋白酶Ⅲ属于胰蛋白酶超家族，具有该家族特有的功能区域。类胰蛋白酶Ⅲ的16位（Ala）与17位（Arg）氨基酸残基之间含有一个自剪切位点（Cleavage site），该位点与酶翻译后的活化及转运有关；69（His）位、114（Asp）位、211（Ser）位氨基酸残基构成酶的催化位点（Active site）；205（Asp）位、228（Gly）位、238（Gly）位氨基酸残基形成3个底物结合位点（Substrate binding sites），参与酶对底物的识别与结合，其他类胰蛋白酶的分析也得到相似的结果。

2.6 棉铃虫类胰蛋白酶的亚细胞定位分析

亚细胞定位预测结果见表3。由表3可以看出，类胰蛋白酶Ⅰ、Ⅱ主要位于内质网中，类胰蛋白酶Ⅲ主要位于内质网、液泡及细胞外基质中，而类胰白酶Ⅳ、Ⅴ、Ⅵ与Ⅶ主要位于细胞外基质中。亚细胞定位的多样性体现了类胰蛋白酶在棉铃虫生命活动过程中具有多样性的生物学功能，其中类胰白酶Ⅲ、Ⅳ、Ⅴ、Ⅵ与Ⅶ主要发挥消化作用，因为棉铃虫对食物的消化场所主要位于中肠（细胞外）。而类胰蛋白酶Ⅰ、Ⅱ与Ⅲ可能主要行使免疫保护作用，参与棉铃虫对外界环境的免疫应答。

2.7 棉铃虫类胰蛋白酶的二级结构分析预测

利用NPSA在线工具预测类胰蛋白酶的二级结构（表4）。由表4可知，无规卷曲是该类胰蛋白酶整体结构中的主要组成结构元件，β转角出现概率相对较小。α螺旋主要分布于氨基酸序列两侧，而无规卷曲、延伸链则主要分布在多肽链中间区段。

3 小结与讨论

本研究以棉铃虫肠道内7种类胰蛋白酶为研究对象，运用在线工具对其进行生物信息学分析。结果表明，7种类胰蛋白酶理化性质较为相似，为亲水性蛋白酶。Ser是类胰蛋白酶序列中磷酸化概率最大的氨基酸残基。分子系统发育树结果显示类胰蛋白酶Ⅲ与类胰蛋白酶Ⅵ进化关系较近，而类胰蛋白酶I和类胰蛋白酶Ⅱ在进化关系上更为接近。类胰蛋白酶不存在跨膜结构域，属于基质类蛋白，这与其亲水性的特点吻合。功能结构域分析发现类胰蛋白酶属于胰蛋白酶超家族，其氨基酸序列中含有自切割位点、若干催化残基与结合残基。类胰蛋白酶的亚细胞定位具有多样性，主要分布在细胞外与内质网中，这体现了类胰蛋白酶在棉铃虫生命活动过程中具有多样性的生物学功能。二级结构分析预测表明无规卷曲在该类胰蛋白酶整体结构中所占比例最大，是其主要的结构元件。氨基酸序列同源性分析，7种类胰蛋白酶氨基酸序列的同源性较高，达到了85.71%，并且含有高度保守的必需残基，参与维持蛋白酶的空间结构及行使催化功能，包括维持高级结构的Cys残基，形成底物结合口袋的结合残基及参与催化作用的催化残基。依据此研究结果，能够设计出与类胰蛋白酶活性中心特异性结合的抑制剂，抑制其活性，从而扰乱棉铃虫的正常消化，实现抗虫目的。

参考文献：

[1] 常团结，陈 蕾，路子显，等. 棉铃虫幼虫中肠类胰蛋白酶基因的克隆及在大肠杆菌中的表达[J]. 动物学报，2002，48（6）：790-796.

[2] 任晓霞，韩召军，王荫长. 棉铃虫乙酰胆碱酯酶cDN段的克隆和序列分析[J]. 动物学报，2002，48（1）：121-124.

[3] 郭线茹，蒋金炜，罗梅浩，等. 转基因抗虫烟草研究进展[J]. 昆虫知识，2005，42（4）：358-363.

[4] CHOUGULE N P， GIRI A P，SAINANI M N， et al. Gene expression patterns of Helicoverpa armigera gut proteases[J]. Insect Biochemistry and Molecular Biology，2005，35（4）：355-367.

[5] KANG Z， JIANG J H， WANG D， et al. Kunitz-type trypsin inhibitor with high stability from Spinacia oleracea L. seeds[J]. Biochemistry （Moscow），2009，74（1）：102-109.

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中图分类号：G642.0 文献标志码：A 文章编号：1674-9324（2014）20-0214-02

生物信息学是一门由生命科学、数学和计算机科学相互渗透形成的新型交叉学科，它利用各种计算机软件、生物学工具及互联网技术对生命科学研究中产生的各种生物数据进行存储、加工及分析，从而达到理解数据中的生物学含义的目标[1-3]。当前，生物信息学已经成为生物、医学、农学、遗传学、细胞学等生命领域各学科发展的强大推动力量，已成为生命科学研究者强有力的辅助工具。近年来，随着分子生物学在动物植物育种、遗传资源创新、品种改良、病虫害防治等农业方面的应用，生物信息学作为一种实用、高效的手段被充分利用。《生物信息学》课程也相应地被列入各农业院校大学生教学计划。新疆农业大学根据学校专业发展现状及学生培养需求于2010年将《生物信息学》课程作为生物技术专业的必修专业课，通过三年来的教学实践，针对课程教学中存在的无合适教材、网络资料繁杂、教学内容陈旧、教学手段单一、考核模式简单等问题[4-5]，笔者在课程的教学内容、教学方法、考核办法等方面进行了初步探索，本文现就该课程教学模式作一论述。

一、教学目标及内容

由于生物信息学是一门新兴学科，其理论及相关分析工具发展迅速、不断更新，在课程教学目标和教学内容上也在不断变化。我认为对于当前农业院校生物技术专业的培养目标和要求是让学生理解掌握生物信息学相关的一些基本理论、实验技术及实践操作，以核酸序列及蛋白质序列的实际分析为主要侧重点，着重培养学生的实践能力，使他们能适应今后工作学习的需要。据此，确定了以下的教学内容：教学内容共36学时，分为理论基础和上机实践两部分，理论课中穿插实例示范，共24学时。理论教学内容包括：生物信息学绪论、生物信息学的生物学基础、生物信息数据库及其检索、序列的基本信息分析及比对、分子系统发育分析、蛋白质结构预测及分析、组学技术及信息学分析；上机实践共12学时，内容包括：常用生物数据库的查询与搜索、核酸序列的分析方法实践、多序列比对和系统发育分析、蛋白质序列分析及空间结构预测、DNA序列中基因结构预测分析。在理论授课中介绍与农业相关生物信息数据库及应用，在实例分析中选用本校教师相关研究结果作为数据来源，拉近学生与知识点的距离，提高学习兴趣，使学生认识到学习本课程的意义，通过讲练结合使学生掌握相关实践分析能力。

二、教学材料

1.教材的选择。生物信息学目前仍处速发展时期，尤其是随着各种新技术、新理论及组学的发展，涉及到的学科越来越多。当前生物信息学专著及教材层出不穷，但中文版书籍中影印国外原版教科书和翻译书籍仍占很大比例，这类书籍中，专著专业性过强，而教材又多是针对生物信息学专业的学生或“一本”的学生编写的，难度较大，并且各自侧重点不同，并不适合作为一般的农业院校的生物信息学教材。笔者在教学过程中先后使用了由钟扬等编写、高等教育出版社出版的《简明生物信息学》及由肖浪涛主编、中国农业出版社出版的全国高等农林院校“十一五”规划教材《生物信息学》作为主要的参考教材。但是，在教学实践中笔者感到《简明生物信息学》由于出版时间较早（2001年）已不能满足实际教学工作的需要，书中的很多内容都已更新，很多网站页面也已重组或失效，而近年被广泛使用的一些著名生物信息学软件亦未涉及。而《生物信息学》一书偏重理论知识介绍，实例分析及操作应用偏少。因此，笔者根据本校专业建设需要及学生水平编写了适用于本校学生使用的简明教材。教材中理论部分主要参考上述两本教材，并进行了简化，降低难度，舍去算法、模型等专业性较强的章节；实践部分参考薛庆中等主编、科学出版社出版的DNA和蛋白质序列数据分析工具（第2版，2010年）一书，并附具体实例，最终形成理论部分简明易懂，实践部分易学易用的实用型教材。

2.生物信息学相关数据库及软件的选择。生物信息学发展迅速，相关生物信息数据库及生物信息软件数量不断增加，版本不断更新，这为生命科学相关研究提供了极大便利，但同时也为《生物信息学》课程实践部分的教学带来了挑战与压力。例如要分析一条蛋白质序列的分子量、等电点、氨基酸组成等信息，我们可以使用DNAMAN、Bioedit、DNAStar、Vector NTI等本地软件分析，也可以使用ProtParam、SAPS等网络在线程序分析。在有限的教学时间内，如何选择数据库及高效易用的生物信息学分析软件也是教学中一个重要的问题。通过参考相关生物信息学分析的书籍及近年文献，综合考虑数据库及软件的通用型、易用性及本校学生的英语水平、计算机操作水平，结合教学目标及内容，我们选择常用的核酸序列数据库GenBank、蛋白质数据库PDB等，软件方面选择DNAMAN、Bioedit、Clustal W、MEGA、Primer Premier、RasMol等常见的生物信息学离线分析软件及整合于NCBI、EXPASY、PDB等网站上的在线分析软件开展实践教学，而其他软件在课堂上只做简单介绍，具体操作方法作为辅助资料供学生自学。这样学生在有限的学时内可掌握更多的分析内容，达到“高效”的教学目的。

三、教学方法

1.及时更新完善多媒体教学资料。生物信息学课程理论知识较抽象，实践操作多，与计算机、互联网联系紧密，内容更新快，当代大学生已习惯并乐于使用各种多媒体途径获取信息，这些特点决定了其非常适于进行多媒体教学。为此，我们根据教学内容开发制作了一套多媒体教学资料并及时更新完善。教学多媒体资料包括Power Point课件和Flas，课件注重知识的层次性、联系性，将理论基础、实验技术操作流程等较抽象的生物信息学知识通过大量图片形象地展示给学生，从而提高学生的学习兴趣并加快学生对抽象知识的理解；动画的内容是利用屏幕录像软件将实例分析过程录像并配音，最后转为Flash格式，穿插在理论教学及实践教学过程中使用，从而使学生在自己实践操作前先有一个形象的认识，将理论知识与实践操作有机联系在一起。

2.充分利用网络教学平台辅助教学。生物信息学是一门以互联网为媒介、计算机为工具的学科。在教学中，网络教学平台的使用在提高学生学习兴趣、增强师生互动、强化教学效果等方面起到了很好的辅助作用。利用网络教学平台，教师可将课程课件、动画、分析工具、实践教学内容等共享给学生并及时了解学生学习动态，学生可将实验报告、作业、学习问题及意见反馈给教师，师生可以通过网络教学平台的论坛版块在课余就学习或实践中的问题进行讨论，达到“教学相长”的教学目的。此外，利用网络教学平台还可将课堂中未详细讲述的大量数据库、软件的使用过程及相关电子参考书、文献共享给学生，有利于提高学生学习自主性并拓宽课程外延。

3.边讲边练，理论知识密切联系实践操作。德国心理学家艾宾浩斯研究发现，在学习和记忆过程中，最初阶段遗忘速度最快，随着时间推延，遗忘越来越慢。因此，为了让学生能牢固掌握所学知识及实践技能，我们在教学中采取边讲边练的形式。对于理论知识，我们采取课前提问、课中提问、小测验及实践操作过程中知识点重现等方式，使重要理论知识在整个教学过程中多次出现，增强学生对课程知识体系的系统认知并强化其对理论知识的记忆。对于实践操作，我们采取案例式教学，直接将实例分析穿插在理论授课过程中，并在理论课后及时安排学生在计算机房上机联网操作，如在讲授序列比对理论课时，实例演示使用DNAMAN、Blast等软件进行序列比对的过程，并在理论课后紧跟DNAMAN软件使用、数据库搜索的实践操作，这样既加深学生对理论知识的理解，还有利于学生掌握实践操作能力。

4.布置实践任务，加强综合能力培养。生物信息学教学强调学生的实践能力培养。因此，在教学设计上，我们将学生按4～5人分成小组，通过学生自选或制定的方式布置特定实践任务，要求学生以小组为单位，利用本课程所学知识及技能完成任务并提交任务报告。例如，在课程一开始讲授数据库时，要求学生通过查文献、了解本校相关分子生物学研究内容并结合自己的兴趣选择特定基因，围绕该基因，在后续整个课程的学习过程中利用掌握的各种生物信息学分析方法对其进行序列查询、引物设计、序列比对、编码区分析、蛋白理化性质预测、保守结构域预测、结构预测、分子系统发育分析等操作，过程中学生互相讨论、取长补短，最终协作完成实践任务。这样既使学生较全面地掌握了课程内容，同时又加强了学生分析问题、解决问题的综合能力。

四、考核办法

在课程考核方面，本着生物信息学课程培养实践应用能力的教学原则，为使学生真正掌握生物信息学的基本理论及实践操作，我们改变了过去闭卷考试占主体或写课程论文的简单考核方式，采取了过程考核、实践考核并结合考试考核的方式对学生的学习效果进行综合评价。考勤及口头提问占考核成绩的10%，4次随堂测验占考核成绩的20%，上机操作占考核成绩的20%，实践任务作业占考核成绩的20%，期末闭卷考试占考核成绩的30%。这样考核虽然过程复杂，对学生及教师都带来更大压力，但杜绝了学生平时不学，期末突击，忽视实践的现象，学生必须注重平时的学习及实践操作才能顺利通过课程考核。这样的考核办法能够更客观准确地评价一个学生对课程的实际掌握情况。

随着生物信息学在农业各研究领域的广泛应用，掌握生物信息学知识及分析能力已成为农业院校相关专业毕业生的必备要求，生物信息学课程也必将在农业院校各相关专业建设中占据越来越重要的地位。通过本课程的教学实践探索，学生学习主动性、实践操作能力、最终学习效果均得到提高，笔者也积累了一定经验，取得了一定的教学成效，找到了一些适合农业院校的切入点，但是课程教学中还有很多需要进一步完善改进的地方。生物信息学学科的快速发展，也决定了本课程的教学模式必将是一个动态发展的过程，相信随着对生物信息学学科的深入认识，生物信息学课程教学模式也将不断完善，形成自己的独特体系。

参考文献：

[1]钟扬，张亮，赵琼.简明生物信息学[M].北京：高等教育出版社，2001.

[2]肖浪涛.生物信息学[M].北京：中国农业出版社，2006.

[3]王禄山，高培基.生物信息学应用技术[M].北京：化学工业出版社，2008.

[4]胡娜，常军，徐玲.生物信息学教学改革与探索[J].安徽农业科学，2010，38（3）：1588-1589.

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2在口腔肿瘤研究中的应用

目前的研究多利用生物信息学方法比较基因组学和蛋白质组学，能够高效率、高通量地筛选口腔肿瘤的相关基因和蛋白，寻找肿瘤的诊断标记和治疗靶点。

2.1口腔鳞状细胞癌（oralsquamouscellcarcino-ma，OSCC）

OSCC是口腔常见的恶性肿瘤之一。美国国立癌症研究所用抗体芯片的高通量蛋白组分析方法推测认为，上皮和间充质间涉及的多重细胞信号的分子信息在口腔癌的发生中起了关键作用。2004年，香港大学利用蛋白质组分析方法检测了OSCC细胞，获得了丰富的蛋白质信息，鉴定了与肿瘤相关的生物标记物或分子靶点。2005年日本千叶大学通过使用生物信息学的方法，鉴定了OSCC与正常组织中22种蛋白的表达存在差异。Wang等研究表明，活化激酶C受体1蛋白在OSCC中存在差异性表达，可作为OSCC的临床诊断分子标记物、临床预后指标及候选药物靶标等。张永强等使用生物信息学技术构建人舌鳞癌细胞cDNA库，并预测了Doc-1基因编码的P12蛋白的某些结构和功能基序。另有研究采用甲基化DNA免疫沉淀结合芯片技术分析研究了口腔疣状癌中基因组DNA甲基化的情况，为进一步探讨口腔疣状癌的发生分子机制和治疗靶基因奠定了基础。

2.2涎腺腺样囊性癌（salivaryadenoidcysticcar-cinoma，SACC）

SACC是涎腺常见的上皮源性恶性肿瘤之一。卢友光等采用第二代差异显示技术构建了SACC高低转移细胞株的基因表达谱，通过生物信息学分析发现，Notch基因家族中的4个成员在ACC-2、ACC-M这2个细胞株中存在表达差异。另一研究运用生物信息学初步筛选出Notch信号通路在SACC中所涉及的基因，并采用实时荧光定量聚合酶链式反应和免疫组学方法进行了验证，结果显示：Notch信号通路中有46个基因与SACC相关，并检测出其中的8个基因在SACC高低转移细胞株中存在表达差异。

3在口腔黏膜疾病研究中的应用

3.1口腔扁平苔癣（orallichenplanus，OLP）

OLP是一种口腔黏膜癌前状态，其病因不明。王文梅等建立了OLP与口腔正常黏膜蛋白表达谱，对OLP在双向电泳图谱中高表达差异的10个蛋白质进行质谱和生物信息学分析，鉴定发现了差异表达的蛋白。Tao等利用DNA芯片的特点筛选并建立了OLP的病变基因表达谱，研究共发现了985个差异表达基因，其中629个上调，356个下调，这为研究OLP的发病机制打下了基础。

3.2口腔白斑（oralleukoplakia，OLK）

OLK指仅仅发生在口腔黏膜上的白色或灰白色角化性病变的斑块状损害。王文梅等通过蛋白质差异组学研究和生物信息学分析，鉴定出膜联蛋白A2、角蛋白8以及角蛋白Ⅰ和Ⅱ型角蛋白亚基、免疫球蛋白J型轻链的C区片段等在OLK的发生发展过程中发生了改变。Odani等采用寡核苷酸芯片技术发现：兜甲蛋白和角蛋白在OLK的发生发展过程中的表达差异较大，且多个基因在癌变过程中显著下调。周晌辉等利用cDNA芯片成功检测出OLK和OSCC组织中30个基因的表达差异，其中17个为已知功能基因，这些功能基团与细胞分裂、信号传导、免疫防御、细胞代谢及细胞成分等密切相关。

4在牙周疾病研究中的应用

牙周炎是导致成年人牙齿丧失的主要原因，严重影响了人类的身体健康。Steinberg等使用具有上皮细胞特异性的DNA芯片研究了白细胞介素对口腔角质形成细胞1β的作用，确定了与牙周炎相关的几个基因。Vardar-Sengul等通过DNA芯片在1次实验中同时分析出了超过40000个基因，得到了类似的结果。Beikler等构建了重度慢性牙周炎患者的牙周组织中的一些免疫和炎症基因的表达谱。Covani等利用生物学实验及生物信息学算法，鉴定出参与或可能参与牙周炎的61个基因，其中5个是主导基因，并完全建立起2个主导基因的牙周炎模型。

5在其他口腔研究中的应用

5.1口腔微生物

口腔微生物在维持口腔正常生理体系和诱导口腔疾病发生中具有重要作用。Chen等构建了口腔病原体的生物信息学资源。2008年，人体口腔微生物组数据库启动，方便了研究者查看和检索口腔微生物信息。在对口腔致病菌的研究中，郭丽宏等利用生物信息学相关软件及数据库进行C血清型变异链球菌高毒力株特异DN段的基因分析、识别和功能预测，发现了5个新的基因片段以及高毒力株特异的DN段的主要功能。刘筱娣等采用生物信息学结合Southern印迹杂交法，构建了变异链球菌的苏氨酰-tRNA合成酶基因敲除的重组质粒。另有研究者应用鸟枪法、蛋白质组学分析、美国国家生物技术信息中心检索等，建立了变异链球菌耐氟菌株和亲代菌株的蛋白质组表达谱。

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[中图分类号]G642[文献标识码]A[文章编号]1673-7210（2020）09（a）-0069-04

傳统的妇科肿瘤学研究生教育重视的是单一学科的知识传授，忽略了学科之间的交叉影响，教育理念陈旧，教学内容繁杂，传授方法老套，学生们在接收和学习知识的过程中往往处于被动的位置，难以突破传统思维的桎梏，这点显然不符合现代医学复合型人才的教育要求。妇科肿瘤学是大数据背景下知识更新迅速的学科之一，迫切需要全新的研究生教育理念进行知识的传授。生物信息学理念刚好为这一过程搭建桥梁。

生物信息学是20世纪90年代逐渐兴起的一门交叉学科，它以生物作为主要研究对象，借助计算机技术、信息科学技术、分子生物学技术和应用数学等手段，对大量复杂的生物数据进行处理、存储、分析和阐述，旨在深入挖掘和揭示潜在的生物学意义。随着精准医疗时代的到来，生物信息学的作用日益凸显，它已经渗透到生命科学研究领域的各个方面，并成为了最有活力的前沿领域之一[1]。当前，国内不少高等医学院校陆续开设生物信息学这门课程。对于医学研究生而言，生物信息学不仅仅是一门课程，它还教会了学生从海量生物数据中挖掘有意义的生物信息，因此，从某种意义而言，它更是一种思维方式的体现。广西医科大学附属肿瘤医院（以下简称“我院”）妇科从1985年开始招收研究生，在学校开设生物信息学课程之初，即重视研究生生物信息学思维的培养，并且使他们学会将这种思维方式更好地应用于妇科肿瘤学研究领域，为社会输送一批又一批具有生物信息学理念的现代医师。

1将生物信息学核心理念应用于妇科肿瘤学研究生的教学实践

生物信息学的核心理念是海量数据的管理和挖掘，注重学生自主学习能力的培养，而自主学习是一种新型教学理念，同时也是高等院校教学改革的主要方向之一[2]。生物信息学除了能教会学生使用大量的相关数据库和在线分析工具进行科学研究以外，还能教会他们掌握主动学习的方法和途径，学会利用现有的数据库和在线分析工具进行深度挖掘，旨在帮助他们解决临床实践过程针对疑难病症的诊疗问题，最终服务患者[3]。在妇科肿瘤学研究生教学实践中引入生物信息学理念有如下几个方面的具体表现：

1.1建立生物信息学的概念和意识

在妇科肿瘤学领域培养出具有生物信息学知识背景的研究生，这种跨学科创新型研究生培养模式，突破了传统的单一学科研究生培养模式的桎梏，顺应了新时代研究生教育的发展潮流。在日常研究生培养中，我院着重帮助学生建立起生物信息学的意识和思维方式。首先，在课程设置方面，我院动员妇科肿瘤学研究生自觉将生物信息学这门课程列为其研究生生涯的必修课程。通过课程的学习，学生将意识到，生物信息学是一门由生命科学和计算机科学交叉形成的新兴学科，先后经历了前基因组时代、基因组时代和后基因组时代三个阶段，涵盖了生物信息的获取、处理、存储、传播、分析和阐述等方面[4]。其次，我院定期组织学生进行小组学习，通过线上线下混合式教学手段引导学生对生物信息学的深度学习。同时，我院也重视妇科肿瘤学教师自身的生物信息学通识教育，不定期邀请生物信息学教研室教师答疑解惑。最后，我院引导学生将生物信息学知识应用到研究生课题研究中，进一步加深学生对生物信息学和妇科肿瘤学知识的理解。

1.2学会使用生物医学数据库和在线分析工具

生物信息学发展至今，产生许多生物医学数据库和在线分析工具，如基因表达（geneexpressionomnibus，GEO）数据库、蛋白质相互作用数据库、微小RNA（microRNAs，miRNA）靶标数据库、癌症基因组图谱（thecancergenomeatlas，TCGA）数据库和用于注释、可视化和集成发现（thedatabaseforannotation，visualizationandintegrateddiscovery，DAVID）的数据库等常用数据库和GEO2R在线工具、GeneMANIA在线工具和医学本体信息检索（CoremineMedical）平台等常用在线分析平台[5]。对于妇科肿瘤学研究生而言，无论是专业型研究生还是学术型研究生，掌握生物信息学知识并不在于如何进行复杂算法的开发、原始数据的处理或数据库的构建，而是如何使用这些数据库和在线工具进行数据挖掘和分析，并用于指导科学研究和临床实践。在妇科肿瘤学研究生教学实践中，我院着重强调“以实践为中心”。比如，Wei等[6]在其研究生课题中巧妙应用了GEO数据库中的3个独立基因芯片数据（GSE25191、GSE28799和GSE33874），进行基因差异表达分析和基因通路富集分析，并通过实时定量聚合酶链反应和TCGA数据库验证，发现整合素α6亚单位（integrinα6subunit，ITGA6）是卵巢癌肿瘤干细胞核心基因，该基因的高表达与卵巢癌化疗的耐药和预后差密切相关。研究生唯有亲身实践，将理论知识融入实践中，才有可能熟练掌握这些生物医学数据库和在线分析软件的使用方法和数理基础。

1.3将数据挖掘理念融入科学研究和临床实践中

在生物医学大数据时代背景下，生物医学研究正发生着重大变革，从基因组学、蛋白质组学、代谢组学、转录组学和表观遗传学等多学科研究到基于海量临床信息数据的真实世界研究，它们所产生的大量高维复杂的研究数据互相交汇，共同构成生物医学大数据[7]。对研究生而言，如何将多层次临床和研究数据进行深度挖掘和有机整合，从而转化为新知识，既是机遇，又是挑战。在妇科肿瘤学研究生教育中，我院将数据挖掘理念渗透到各个教学环节中，旨在让研究生掌握主动学习的方法和途径，培养其创新思维，为今后的科学研究和临床实践打下扎实的基础。在科学研究方面，尤其是在课题选题和设计阶段，组织学生利用互联网查找学科领域的前沿问题或热点问题，对自己感兴趣的方向各自提出一个具体的科学假设。然后通过查找文献和充分利用数据库进行深入的数据挖掘，构建生物信息学分析网络来回答具体科学问题。最后，组织学生进行分子实验或利用临床资料来验证科学假设。在临床实践方面，引导学生将临床上遇到的問题转化成具体的科学问题，然后应用简单的临床生物信息学方法对具体的科学问题进行浅层次的数据挖掘，从而充分地为后续临床研究做好准备。这种将数据挖掘理念融入科学研究和临床实践的教学方法，充分锻炼了研究生的科研和临床思维。比如，吴文娟等[8]进行卵巢上皮性癌铂类耐药相关差异表达蛋白质筛选时，结合了生物信息学方法分析，筛选出62个铂类耐药相关的差异表达蛋白质，然后通过正选择分析时发现，蛋白C6、CNTN1在亚洲人群中均存在正选择作用（P<0.05），而蛋白BCHE在欧洲人群中存在正选择作用（P<0.05），基于CoremineMedical平台的文献挖掘及TCGA数据库中的芯片数据交集分析进一步印证，12个差异蛋白（CRP、FN1、S100A9、TF、ALB、VWF、APOC2、APOE、CD44、F2、GPX3和ACTB）与卵巢癌铂类耐药相关。Wei等[9]在探讨卵巢癌多药耐药的分子研究中，充分利用CoremineMedical平台进行文献数据挖掘，并结合分子生物学实验发现，ITGA6可能在卵巢癌细胞中起到调节基因的作用，参与卵巢癌的多药耐药过程。蒋燕明等[10]在回答与宫颈上皮内瘤变进展相关的差异基因和信号通路这一问题上，通过对GEO数据库中获得的2套芯片数据（GSE63514和GSE51993）进行深入挖掘和综合的生物信息学分析，筛选出与宫颈上皮内瘤变进展相关的14个差异表达基因和3条信号通路。

2生物信息学理念对妇科肿瘤学研究生教育的影响

传统医学与互联网、大数据、人工智能等技术的深度融合催生了新医科这一全新的现代医学形态[11]，它借助了计算机科学和人工智能的爆发式发展，实质上也是多学科交叉融合的产物。这种顺应时展的产物，颠覆了传统医学模式，深深地影响了医学教育领域。在新医科背景下，高等医学教育更应该注重教育理念和培养模式的改革，满足“健康中国”的战略需求，培养出能够运用学科交叉知识来解决医学领域前沿问题并引领未来医学发展的高层次医学领军人才[11]。研究生教育是我国教育体系中最高层次的教育，以培养拔尖创新人才作为主要任务和核心内容，建立以教学为基础、以科研为主导、临床和科研相结合的研究生培养模式，这是培养拔尖创新人才的根本方法[12]。在妇科肿瘤学研究生教育中引入生物信息学理念，恰好符合了新医科背景下研究生拔尖创新人才培养模式，将对妇科肿瘤学研究生教育改革产生深远影响。

2.1对传统医学教育模式的冲击

传统医学教育模式重视学科教育的系统性，强调以学科为中心，忽视了学科间知识的渗透和交流，显然不符合现代医学教育的宗旨[13]。在传统医学教育模式下，学科的课程体系教学依旧采用灌输理念，这种填鸭式的知识传授过程容易磨灭学生主动探索知识的求知欲。在大数据时代，高等教育改革重点围绕学生创新能力的培养展开，并积极引入现代化教育理念，强调以学生为中心、以实践为主进行教学内容的更新[14-15]。最近十年，在《教育信息化“十三五”规划》和《教育信息化十年发展规划（2011-2020年）》等文件的引领下，国内教育信息化得到了迅猛的发展，包括大数据、云计算和人工智能等现代化信息技术已经进入现代教育系统，在这一历史背景下，国家相继出台《中国教育现代化2035》和《教育信息化2.0行动计划》等政策文件，为我国教育信息化建设道路指明了方向[16]。

作为一门交叉学科，生物信息学知识和理念早已渗透到各个医学学科领域，并衍生出多个分支学科。临床生物信息学是其中一个分支学科，也是一座搭建在基础研究和临床诊疗之间的桥梁，更是解决临床肿瘤相关诊治因素的新手段。因此，在精准医学时代，很有必要引入肿瘤生物信息学特异性研究方法或全新高级的研究工具，来回答与肿瘤相关的关键问题[17]，对于肿瘤学的研究生教育亦是如此。妇科肿瘤学研究生教育不应该局限于讲授单一学科的知识、基础研究和临床实践，引入生物信息学理念，不仅对传统医学教育模式产生冲击，还能培养研究生从多角度思考问题的能力，从而产生独特的研究方法和形成创新性思维，更能培养研究生从不同的专业角度发现问题、分析问题和解决问题的能力[18]。

2.2提高教师教学理论素养和教学反思自觉性

在教学医院，临床医师不但要从事临床诊疗工作，还要承担科研工作和教学任务。他们的日常临床工作繁重枯燥，科研方法往往单调乏味，教学理念陈旧乏新。医学教师作为医学教育的实践者，只有在先进教育理念的引领下，才有可能真正做到以学生为中心，使学生受益，从而提高人才培养的质量[19]。因此，医学教师应该以更加开阔的视野主动投入到各类前沿的教学改革与研究中，重视有助于医学生自主学习的教学手段开发和应用。临床医师学习先进的生物信息学知识和理念，并将之应用于临床和教学实践中，有助于他们对实践中出现的难以解决的医学问题进行合理解释，同时满足现代医学研究和教育的发展需求，为提高自身教学理论素养和教学反思的自觉性提供了新途径。

2.3拓宽研究生知识的深度和广度

篇9

关键词：师范教育改革；生物学信息学；课程建设

中图分类号：G642.0 文献标志码：A 文章编号：1674-9324（2017）21-0102-02

随着教育的发展，教师体制也不断发生改变，顺应发展的趋势，教师资格证的改革开始不断推进与完善。2012年《国家中长期教育改革和发展规划纲要》精神和教育部部署启动全国中小学和幼儿园教师资格证改革试点工作，2013年《中小学教师资格考试暂行办法》出台并规定：试点启动后入学的师范专业学生申请中小学教师资格应参加教师资格考试。2015年我国正式实施教师资格证国考制度，并实行五年一个周期的注册制度。教师资格证制度的变革是对高师院校实施教学改革的促进同时也是对师范生的挑战。改革制度下更要求提高教师的综合素质和学生能力的培养，而《生物信息学》所具备的专业性与前沿性正是师范教育对学生着重培养的方向与目标。

《生物信息学》是一门交叉学科，包含了对生物信息的获取、加工、存储、分配、分析、解释等在内的所有方面，运用数学、计算机科学和生物学的各种工具阐明和理解大量数据所包含的生物学意义。随着大规模的基因组测序工作的开展，生物学数据获得了大量的积累，生物信息学悄然兴起并得以蓬勃发展。生物信息学使学生了解学科前沿和新技术进展，同时培养学生综合运用知识的能力。但目前多数院校只将其设为选修课程，重视程度很低，而且在教学内容、方法等方面存在一些问题。由于师范教育改革对师范生要求不断提高，课程的学法和内容也要与时俱进，怎样建构新的课程体系是高师院校需要解决的问题。

一、课程教学现状

1.师资力量薄弱。生物信息学不仅对教师专业知识要求高，同时也需要有计算机理论基础的教师来授课。但目前教授生物信息学课程的教师大多都为其他生物学课程的教师，这些教师往往缺乏专业的生物信息学分析软件操作训练和计算机基础，不能将各学科更好融合。

2.教学方法滞后。生物信息学是一门交叉学科，但教师在教学过程依旧采用传统教学方法，计算机辅助教学不常见，这种授课方式不仅效果欠佳也没有发挥此学科的优势。而且在教学过程中不注重培养学生对生物信息学的重要性的认识，所以学生认为该课程只是理论学科，认识不到其对实践操作能力的重要和生物数据分析的意义。

3.实践教学不足。受传统的教学观念影响，教师在教学过程中只注重理论教学忽视实践教学，导致学生所学的理论知识与实践脱节。因为生物信息学对于网络高度依赖，但由于受学时限制，课堂教学的内容有限，实践教学课时数较少，内容也比较简单，缺乏完善的实践教学过程，学生也缺乏实际动手操作的能力。

4.考评方案简单。生物信息学的考核重点是学生对生物信息基本概念的理解，软件操作的掌握程度及生物数据分析解释的能力。但一些学校的考试形式还全部是理论知识，缺少实际操作能力的检验，这种考评办法的评价效能差，而且不能体现学科的特点。

二、课程体系建设优化

1.提高教师素质。教师是教学的核心资源，其知识水平和操作技能都会影响教学的效果。提高教师素质首先要对任课教师开展《生物信息学课程教学改革和实践》专题讲座，其次鼓励教师通过查阅相关文献，了解课程的特点及发展，组织大家进行讨论，再次，也要积极组织教师参加科研活动，提高科研新能力，在科研过程中进一步了解本学科的前沿内容。

2.编写教学标准。如今的教师专业化不只是强调教师要有扎实的理论知识，更要有实践能力。所以生物信息学的课程建设改革要组织新的教学内容，合理安排理论学时特别是实验学时。课程标准对生物信息学的研究内容、现状和发展前景做具体的介绍，主要对生物信息学的基本概念和基本方法进行讲解，重点是分析软件的操作方法和生物学数据库的使用方法的讲解。

3.改进教学方法。师范教育改革意味着对师范生各方面要求的逐渐提高，学生不能只被动接受知识，所以教师在教学中要利用多媒体辅助进行直观教学，演示生物学数据库的浏览与检索，软件的使用，基因序列的检索、基因阅读框架的找寻、序列比对、进化树的构建等操作。教师也可以提供课件和DNASTAR、DNAMAN、MEGA、BIOEDIT等软件安装程序及使用手册等扩大学生的自学空间，使学生的被动学习变为主动学习，也符合师范教育对学生创造能力、应用能力的培养。

4.教学科研结合。生物信息学教学强调能力的培养，且学科的交叉性也能使学生将所学知识与之结合。教师可以鼓励学生参与相关课题研究，学校也可以提供机会让学生参与到创新创业性研究的科研项目中，这样的学习方式可以激发学生对科研的兴趣，巩固课程中所学到的知识，使学生掌握生物信息学课程的实践技能，也更好的体现对师范生创新能力培养。

5.优化理论课结构。师范教育提倡以学生为主体的授课方式，所以课堂可以采取不同的学习方式如小组合作或学生讲述等以此丰富理论课的教学模式。教师可以提出问题由小组成员讨论研究学习，课堂也可以以自讲的方式进行学习，学生通过查阅资料了解学科在临床医学、药物产业等方面的应用以及在后基因组时代的主要研究内容等，不仅掌握了前沿知识同时也锻炼教师技能，对于师范教育培养有很好的促进作用。

6.加强实验课建设。师范教育在强调师范生理论知识的同时更注重实际的操作能力，所以实验教学起着越来越重要的作用，在学习中通过生物数据库的使用，可以提高学生处理生物信息的能力。生物学数据库均可以通过网络提供数据检索服务，学生可以根据理论知识进行相应的实际操作。学院可以进一步开放实验室，为学生创造动手操作的自学实验环境。

7.改革考核方法。考试是检测教学效果的方法，也是促进学生学习的有力手段。如何考核需要制定详细的评价指标体系。生物信息学的考核改革是在基础考核之上增加了小组答辩和论文成绩。小组答辩以生物信息学在疾病研究中的应用为拟设计命题，培养学生协作收集整理相关文献并展示其整合分析结果的能力。论文以蛋白质生物信息学分析在药物靶点挖掘和药物设计中的应用为题。最后根据论文结构完整性和内容独创性、条理逻辑性和学术水平进行评分。

三、课程体系构建的进一步设想

进一步利用网络学习平台慕课扩展生物信息学的理论深度与新技术发展，学生可以进一步接触并利用云计算等技术对大数据进行处理，或基于手机客户端让学生随时可以查询及学习，这样的构建既是生物信息学课程建设的发展，也是培养学生能力的体现。生物信息学课程建设改革对学生综合运用知识的能力起到了促进作用，也加强了理论联系实践的操作能力。生物信息学能够培养学生全面掌握生物学知识，对今后选择生物学科领域的工作有推动作用，也是师范生成为合格人民教师的理论基础。

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篇10

中图分类号：Q811.4文献标识号：A文章编号：1001-4942（2013）04-0008-04

基于生物学试验数据，由分子生物学和信息科学技术相结合的生物信息学已成为后基因组时代用于揭示和探索生命奥秘的重要方法[8，9]。本研究采用生物信息学的方法，以石榴为重点，对红花石榴、粉花石榴、姜荷花、芍药、水母雪莲、大丽花、瓜叶菊和兰花等植物DFR核苷酸及相应氨基酸序列的外显子、理化特性、亲水性/疏水性和跨膜结构等进行预测和推断，以期为深入开展二氢黄酮醇4-还原酶的酶学特性、花色素苷生物合成的分子机制等提供理论依据。

1材料与方法

11数据

12方法

DFR基因核苷酸序列分析采用在线软件 GENE SCAN 进行；DFR基因编码蛋白的理化性质采用Protparam 预测；疏水性/亲水性采用ProtScale进行预测；跨膜结构域采用 TMPred 预测。各分析软件的网站见表 1。

2结果与分析

21核苷酸序列的外显子分析

一般认为，P 值表示分析结果为外显子的可能性，当 P>099 时为外显子可能性极高；050

22氨基酸序列的理化性质分析

利用在线分析软件Protparam分别对石榴、姜荷花、芍药、水母雪莲、大丽花、瓜叶菊和兰花等植物DFR氨基酸序列的理化性质进行分析，结果（表3）表明，这几种植物DFR氨基酸残基数差异较大，分别编码280～1 345个氨基酸残基不等。几种植物的分子量大小差异也较大，粉花石榴DFR分子量最小为36 2487 D，姜荷花DFR分子量最大为108 3167 D。等电点PI差异较小，均在5左右。几种植物中，含量最丰富的氨基酸是Ala、Gly、Cys和Thr，带正电荷和负电荷氨基酸数均为0。通常不稳定系数小于 40 时，预测对应蛋白质在试验中比较稳定，反之则不稳定。因此，除粉花石榴和红花石榴中DFR属于不稳定蛋白质外，其余均属于稳定蛋白。

23疏水性/亲水性的预测与分析

利用在线分析软件ProtScale的Kyte and Doolittle算法对二氢黄酮醇还原酶进行疏水/亲水性分析（正值表示疏水性，负值表示亲水性，介于+05～-05 之间主要为两性氨基酸）。结果（表4）表明，红花石榴（图1，其它几种植物的图片分析结果未列出）和粉花石榴的DFR蛋白存在明显的疏水区和亲水区，其中第141位最低，为-0222，第216位最高，值为2022，为亲水性蛋白。

3讨论与结论

通过在线分析工具和生物软件对红花石榴、粉花石榴、姜荷花、芍药、水母雪莲、大丽花、瓜叶菊和兰花等植物进行分析，结果表明这几种植物的DFR基因都存在1个外显子。氨基酸序列的理化性质分析表明，粉花石榴和红花石榴的二氢黄酮醇还原酶蛋白属于不稳定蛋白，其余几种植物属于稳定性蛋白。几种观赏植物DFR基因中，含量最丰富的氨基酸是Ala、Gly、Cys和Thr，这与陈大志等[8]在拟南芥等植物上得到的含量最丰富的氨基酸基本均为Ala、Glu、Leu、Lys和Val不一致，可能与物种自身的特性有关。除红花石榴和粉花石榴外，其它植物的蛋白质均为稳定蛋白质。

疏水性是20种氨基酸都固有的特性，即氨基酸远离周围水分子，将自己包埋进蛋白质核心的相对趋势，通过了解肽链中不同肽段的疏水性，可以对跨膜蛋白的跨膜结构域进行预测[11]。因此，疏水性/亲水性的预测和分析，对蛋白二级结构的预测及功能结构域的分选提供了重要的参考依据。本试验结果表明，几种植物DFR蛋白中亲水性氨基酸和疏水性氨基酸均匀分布在整条肽链中，亲水性氨基酸多于疏水性氨基酸，均为亲水性蛋白，存在疏水区和亲水区，疏水位点和亲水位点个数不同，这与肖继坪等[12]在马铃薯上的研究结果一致。

跨膜结构是蛋白质通过与膜内在蛋白的静电相互作用和氢键键合作用与膜结合的一段氨基酸片段，一般由 20 个左右的疏水性氨基酸残基组成，主要形成α- 螺旋[13～14]。本试验结果表明，几种植物DFR蛋白存在强烈推荐和可选择2种跨膜模型，存在不同数量的跨膜螺旋，这为正确认识和理解蛋白质的功能、结构、分类、方位及细胞中的作用部位等均有重要的意义。

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