本教材系统地介绍了水产生物信息学的发展历史、基本原理、研究方法和前沿进展。全书共十三章，内容包括水产生物信息学概述和基础、生物信息数据库、序列分析与比较、蛋白质结构与功能预测、基因组测序与组装、基因组结构和功能注释、系统发育与基因组快速进化、水产转录组学及其研究进展、水产生物基因组研究进展、水产生物非编码RNA及其研究进展、水产生物表观遗传学及其研究进展和生物信息分析环境介绍及搭建等。
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前言
第一章 水产生物信息学概述 1
第一节 生物信息学概述 1
一、生物信息学 1
二、生物信息学的主要研究内容 3
三、分子生物学的典型应用软件 7
第二节 生物信息学的发展简史 8
第三节 水产生物信息学的应用与发展前景 10
一、生物信息学技术在水产领域的应用 10
二、水产生物信息学的发展前景 13
第二章 水产生物学基础 14
第一节 生物大分子 14
一、生物大分子的结构 14
二、DNA和RNA 15
三、蛋白质 23
第二节 中心法则 24
一、DNA的复制 25
二、转录 26
三、翻译 28
四、中心法则的修正、补充和发展 29
五、基因表达调控 30
第三节 基因组、转录组、蛋白质组和表观组 34
一、基因组 35
二、转录组 37
三、蛋白质组 37
四、表观组 38
第三章 生物信息数据库 41
第一节 数据库概述 41
一、数据库简介 41
二、数据库结构 42
第二节 常用生物信息数据库的检索方式 47
一、Entrez 47
二、SRS 48
第三节 水产生物信息数据库 49
一、生物信息数据库 49
二、常用水产生物信息数据库 50
三、 蛋白质数据库 51
四、功能数据库 53
第四章 序列分析与比较 56
第一节 序列分析 56
一、核酸序列分析 56
二、蛋白质序列分析 57
第二节 序列比对概述 68
第三节 序列两两比对 69
一、序列两两比对的算法 69
二、序列两两比对的工具 70
三、序列两两比对分析实例 70
第四节 多序列比对 73
一、多序列比对算法 73
二、多序列比对软件 75
三、多序列比对分析实例 76
第五章 蛋白质结构与功能预测 81
第一节 蛋白质结构的不同层次 81
第二节 蛋白质一级结构及其获得方法 84
第三节 蛋白质二级结构分析 86
一、蛋白质二级结构的预测方法 86
二、预测水产生物蛋白质二级结构 86
第四节 结构域分析 86
一、蛋白质结构域的预测方法 86
二、水产生物蛋白质结构域的分析 88
第五节 蛋白质三级结构分析 89
一、蛋白质三级结构的解析方法 89
二、水产生物蛋白质三级结构的分析 91
第六章 基因组测序与组装 95
第一节 基因组测序原理与方法 95
一、基因组测序的发展历程 95
二、基因组测序的原理 97
三、基因组测序流程 102
第二节 基因组组装原理与方法及基因组组装评估 109
一、基因组组装原理 109
二、基因组组装方法 110
三、基因组组装评估 113
第三节 水产生物基因组组装技术与特征 114
一、水产生物基因组组装策略 114
二、水产生物基因组组装特征 116
第七章 基因组结构和功能注释 120
第一节 引言 120
第二节 重复序列识别 120
一、重复序列的概念 120
二、重复序列的分类 121
三、重复序列识别的方法 121
四、软件的操作 125
第三节 基因组注释 131
一、基因注释的策略 131
二、基因组注释流程 131
三、从头预测 132
四、基于转录组数据的基因预测 134
第四节 基因功能注释 135
一、主流数据库 135
二、比对软件 139
第五节 基因家族聚类分析 141
一、基因家族的概念 141
二、基因家族聚类分析前数据处理和准备 141
三、基因家族聚类的几种软件 142
第八章 系统发育与基因组快速进化 147
第一节 分子进化与系统发育的理论基础 147
一、分子进化的理论基础 148
二、分子系统发育分析 149
第二节 系统进化树的构建 150
一、PHYLIP 150
二、MrBayes 151
三、PAUP* 152
四、RAxML 152
五、PhyML 152
六、TREE-PUZZLE 153
七、IQ-TREE 153
八、MEGA 153
第三节 水产动物的系统发育与基因组快速进化 160
一、水产物种鉴定 160
二、水产生物的分子进化分析 161
三、正选择和快速进化 162
第九章 水产转录组学及其研究进展 167
第一节 转录组测序技术概况 167
一、转录组的基本概念 167
二、转录组研究技术的发展 167
第二节 转录组分析流程 169
一、RNA-seq试验设计 169
二、RNA-seq文库制备 170
三、测序数据存储格式 170
四、测序数据质量控制 171
五、转录组拼接 175
六、差异表达分析 180
七、富集分析 181
第十章 水产生物基因组研究进展 184
第一节 水产生物基因组研究概述 184
一、水产生物基因组研究主要进展 184
二、水产生物基因组的特征 185
第二节 典型水产生物基因组研究 186
一、鱼类基因组 186
二、虾蟹类基因组 193
三、贝类基因组 198
四、藻类基因组 201
五、棘皮动物基因组 206
第十一章 水产生物非编码RNA及其研究进展 223
第一节 非编码RNA 223
第二节 microRNA测序及分析方法 224
一、miRNA的形成与分子机制 224
二、miRNA的调控机制 224
三、miRNA测序 226
第三节 lncRNA测序及分析方法 228
一、lncRNA的分类 229
二、lncRNA的特性 229
三、lncRNA测序 229
第四节 circRNA测序及分析方法 229
一、circRNA的生物合成 230
二、circRNA的特性 230
三、circRNA的分类 231
四、circRNA的主要功能 231
五、circRNA测序 233
第十二章 水产生物表观遗传学及其研究进展 236
第一节 表观遗传学的内涵和研究内容 236
第二节 表观遗传研究技术手段 237
一、DNA甲基化 237
二、组蛋白修饰 237
三、非编码RNA 238
四、染色质重塑 239
五、RNA甲基化 239
第三节 表观遗传在水产动物中的应用 239
一、表观遗传在性别决定和分化中的研究 239
二、表观遗传在抗病抗逆方面的研究 241
三、表观遗传在生长发育方面的研究 242
第十三章 生物信息分析环境介绍及搭建 247
第一节 Linux系统概述 247
一、用于生物信息分析的计算机操作系统简介 247
二、从Unix到Linux 248
三、Linux发行版本 248
第二节 建立和运行Linux系统工作环境 250
一、安装Linux系统和虚拟机 250
二、Linux系统的基本使用 256
三、登录远程计算机 269
第三节 基于Linux的常用生物信息分析软件 275
一、常用序列处理工具 275
二、本地BLAST 281
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