系統(tǒng)生物學(xué)是在系統(tǒng)層面上研究生物系統(tǒng)的一門新興學(xué)科，其內(nèi)容有兩個方面：（1）通過眾多組學(xué)（omics）采用高通量實驗技術(shù)在整體性和動態(tài)研究水平上探索生命現(xiàn)象。（2）利用計算生物學(xué)建立生物模型，用計算機進行實驗研究，并將這兩個內(nèi)容緊密整合在一起建立一個新學(xué)科。本書共有12章，包括：系統(tǒng)生物學(xué)的產(chǎn)生；基因組學(xué)；轉(zhuǎn)錄組學(xué)；糖組學(xué)；代謝組學(xué)；相互作用組學(xué)；表型組學(xué)；數(shù)學(xué)建模和仿真的基礎(chǔ)知識；序列比對和數(shù)據(jù)庫搜索；微生物細(xì)胞的建模與仿真；蛋白質(zhì)編碼序列進化等章。
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目錄
前言
第1章 系統(tǒng)生物學(xué)概況 1
1.1 從分子生物學(xué)到系統(tǒng)生物學(xué) 1
1.1.1 分子生物學(xué)的誕生及發(fā)展 1
1.1.2 “基因決定論”和“還原論”的局限性 2
1.1.3 轉(zhuǎn)向整體論新潮流 4
1.1.4 系統(tǒng)生物學(xué)的產(chǎn)生和發(fā)展 5
1.2 系統(tǒng)生物學(xué)的定義和研究內(nèi)容 7
1.2.1 系統(tǒng)生物學(xué)的定義 7
1.2.2 系統(tǒng)生物學(xué)的研究內(nèi)容 8
1.3 系統(tǒng)生物學(xué)的研究 9
1.3.1 系統(tǒng)生物學(xué)的基本工作流程 9
1.3.2 系統(tǒng)生物學(xué)的研究方法 10
1.4 系統(tǒng)生物學(xué)的應(yīng)用前景 12
主要參考文獻(xiàn) 13
第2章 基因組學(xué) 15
2.1 基因組學(xué)的提出及其任務(wù) 15
2.2 人類基因組計劃 16
2.2.1 人類基因組計劃的研究目標(biāo)及技術(shù)路線 16
2.2.2 人類基因組計劃的作圖 17
2.2.3 人類基因組計劃的測序 18
2.2.4 人類基因組計劃的信息處理 21
2.2.5 人類基因組研究計劃進展 24
2.3 基因組學(xué)及其分支學(xué)科 25
2.3.1 功能基因組學(xué) 25
2.3.2 比較基因組學(xué) 26
2.3.3 藥物基因組學(xué) 28
主要參考文獻(xiàn) 29
第3章 轉(zhuǎn)錄組學(xué) 31
3.1 轉(zhuǎn)錄組及轉(zhuǎn)錄組學(xué) 31
3.1.1 轉(zhuǎn)錄組及轉(zhuǎn)錄組學(xué)的定義 31
3.1.2 轉(zhuǎn)錄組學(xué)的研究內(nèi)容 32
3.2 轉(zhuǎn)錄組學(xué)的研究方法 32
3.2.1 高通量mRNA表達(dá)分析技術(shù) 32
3.2.2 基因表達(dá)系列分析技術(shù) 33
3.2.3 轉(zhuǎn)錄物編目的研究方法 35
3.2.4 繪制動態(tài)轉(zhuǎn)錄物圖的研究方法 36
3.2.5 轉(zhuǎn)錄物調(diào)節(jié)網(wǎng)絡(luò) 37
3.3 對轉(zhuǎn)錄物研究的新突破 37
3.3.1 轉(zhuǎn)錄物的多樣性 37
3.3.2 非編碼RNA的類型和功能 38
主要參考文獻(xiàn) 41
第4章 蛋白質(zhì)組學(xué) 43
4.1 蛋白質(zhì)組學(xué)的產(chǎn)生 43
4.2 蛋白質(zhì)組及蛋白質(zhì)組學(xué)的概念 43
4.3 雙向凝膠電泳 44
4.3.1 雙向凝膠電泳(2GDE)原理 45
4.3.2 圖像分析與數(shù)據(jù)庫構(gòu)建 46
4.4 生物質(zhì)譜技術(shù) 47
4.4.1 種類及其原理 47
4.4.2 肽質(zhì)量指紋譜鑒定技術(shù)(PMF) 48
4.4.3 肽序列標(biāo)簽串聯(lián)質(zhì)譜技術(shù)(PST) 48
4.4.4 翻譯后修飾蛋白質(zhì)的鑒定 49
4.5 蛋白質(zhì)組數(shù)據(jù)庫 50
4.6 蛋白質(zhì)芯片技術(shù) 50
4.6.1 蛋白質(zhì)芯片的制備 50
4.6.2 靶蛋白與捕捉分子結(jié)合情況檢測 51
4.7 分析蛋白質(zhì)G蛋白質(zhì)相互作用的酵母雙雜交系統(tǒng) 53
4.7.1 酵母雙雜交系統(tǒng)的基本原理 53
4.7.2 酵母雙雜交系統(tǒng)的改進 53
4.8 蛋白質(zhì)組研究進展 55
4.8.1 病毒蛋白質(zhì)組研究 55
4.8.2 細(xì)菌蛋白質(zhì)組研究 55
4.8.3 釀酒酵母蛋白質(zhì)組研究 55
4.8.4 多細(xì)胞生物蛋白質(zhì)組研究 58
主要參考文獻(xiàn) 59
第5章 糖組學(xué) 61
5.1 糖組與糖組學(xué)的研究內(nèi)容 61
5.2 糖組學(xué)在生命科學(xué)中的意義 61
5.2.1 蛋白質(zhì)組學(xué)必須面對糖蛋白 61
5.2.2 糖蛋白的定義 61
5.2.3 聚糖和糖蛋白的生物學(xué)作用 62
5.3 糖組學(xué)的研究方法 64
5.3.1 對2GDE分離糖蛋白結(jié)合質(zhì)譜技術(shù)的改進 64
5.3.2 聚糖分子的微陣列技術(shù) 65
5.3.3 用敲除基因及轉(zhuǎn)基因技術(shù)研究聚糖分子引起的表型變化 66
5.4 糖組學(xué)的國際合作和數(shù)據(jù)庫 67
主要參考文獻(xiàn) 69
第6章 代謝物組學(xué) 71
6.1 代謝物組學(xué)的定義和研究任務(wù) 71
6.1.1 代謝物組學(xué)的定義 71
6.1.2 代謝物組學(xué)的研究任務(wù) 71
6.2 研究代謝物組學(xué)的意義 72
6.2.1 代謝物組學(xué)是基因組學(xué)和蛋白質(zhì)組學(xué)的補足 72
6.2.2 代謝物組學(xué)在醫(yī)藥界的應(yīng)用 72
6.3 代謝物組學(xué)的研究方法 73
6.3.1 代謝物組的研究技術(shù)及其原理 73
6.3.2 用于代謝物組研究技術(shù)的比較 80
6.3.3 代謝物組分析的技術(shù)路線 81
6.4 代謝網(wǎng)絡(luò)的研究 82
6.4.1 代謝網(wǎng)絡(luò)的結(jié)構(gòu)特征 82
6.4.2 用“整合”與“干擾”研究代謝網(wǎng)絡(luò) 84
主要參考文獻(xiàn) 88
第7章 相互作用組學(xué) 90
7.1 相互作用組學(xué)的研究方法 90
7.1.1 大規(guī)模蛋白質(zhì)G蛋白質(zhì)相互作用研究技術(shù) 90
7.1.2 大規(guī)模遺傳學(xué)相互作用研究技術(shù) 93
7.2 蛋白質(zhì)相互作用網(wǎng)絡(luò) 94
7.2.1 丙型肝炎病毒(HCV)的蛋白質(zhì)相互作用 94
7.2.2 病原菌幽門螺桿菌的蛋白質(zhì)相互作用 96
7.2.3 酵母的蛋白質(zhì)G蛋白質(zhì)相互作用網(wǎng)絡(luò) 96
7.2.4 果蠅的蛋白質(zhì)G蛋白質(zhì)相互作用網(wǎng)絡(luò) 99
7.2.5 線蟲的蛋白質(zhì)G蛋白質(zhì)相互作用網(wǎng)絡(luò) 100
7.2.6 人類的蛋白質(zhì)G蛋白質(zhì)相互作用網(wǎng)絡(luò) 101
主要參考文獻(xiàn) 102
第8章 表型組學(xué) 104
8.1 什么是表型組學(xué) 104
8.1.1 基因型與環(huán)境的相關(guān)及互作 104
8.1.2 表型和表型組學(xué) 105
8.2 從基因組到表型組系統(tǒng)研究的方法 105
8.2.1 從大腸桿菌和酵母代謝缺失菌株預(yù)測生長表型 105
8.2.2 建立一種人類表型組——基因組的網(wǎng)絡(luò)聯(lián)系 107
8.2.3 微陣列技術(shù)在人類表型組？基因組和環(huán)境組系統(tǒng)研究中的應(yīng)用 108
8.3 從基因組到表型組研究有關(guān)的數(shù)據(jù)庫 110
主要參考文獻(xiàn) 111
第9章 數(shù)學(xué)建模和仿真的基礎(chǔ)知識 113
9.1 系統(tǒng)模型 113
9.1.1 什么是系統(tǒng) 113
9.1.2 什么是模型 115
9.1.3 生物系統(tǒng)中生化反應(yīng)網(wǎng)絡(luò)的數(shù)學(xué)描述 116
9.1.4 生物系統(tǒng)中的質(zhì)量作用動力學(xué)模型 118
9.1.5 生物系統(tǒng)中有關(guān)細(xì)胞信號轉(zhuǎn)導(dǎo)的建模 119
9.2 系統(tǒng)仿真 122
9.2.1 什么是系統(tǒng)仿真 122
9.2.2 系統(tǒng)仿真軟件和相關(guān)數(shù)據(jù)庫 123
9.2.3 系統(tǒng)生物學(xué)采用仿真技術(shù)的實用成果 124
9.3 實例:微生物細(xì)胞的建模與仿真 125
9.3.1 微生物數(shù)學(xué)模型的種類 126
9.3.2 微生物細(xì)胞的建模 127
9.3.3 用于微生物細(xì)胞模型的仿真平臺 129
主要參考文獻(xiàn) 131
第10章 序列比對和數(shù)據(jù)庫搜索 134
10.1 數(shù)據(jù)庫中序列表示的格式 134
10.1.1 FASTA (或Pearson)格式舉例 134
10.1.2 GenBankflatfile格式舉例 135
10.2 序列比對 138
10.3 網(wǎng)絡(luò)比對 140
10.3.1 成對網(wǎng)絡(luò)比對研究 140
10.3.2 網(wǎng)絡(luò)對位排列的算法 141
10.4 數(shù)據(jù)庫中序列相似性檢索 141
10.4.1 FASTA程序 141
10.4.2 BLAST程序 142
10.5 用隱馬爾可夫模型預(yù)測新基因 143
10.5.1 隱馬爾可夫模型 143
10.5.2 用隱馬爾可夫模型預(yù)測新基因的舉例 144
10.6 用人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)預(yù)測蛋白質(zhì)二級結(jié)構(gòu) 145
10.6.1 簡單神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)模型 146
10.6.2 多層神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)模型 146
主要參考文獻(xiàn) 147
第11章 分子進化模型與系統(tǒng)樹的構(gòu)建 149
11.1 蛋白質(zhì)編碼序列進化 149
11.1.1 血紅蛋白α鏈的進化距離和氨基酸替代率的估計 149
11.1.2 氨基酸的替代矩陣 151
11.2 DNA序列的進化 152
11.2.1 核苷酸替代數(shù)的估計 152
11.2.2 Kimura模型 153
11.3 系統(tǒng)樹的構(gòu)建 154
11.3.1 距離法 154
11.3.2 最大簡約法 156
11.3.3 最大似然法 157
11.3.4 分子系統(tǒng)樹的檢驗 157
11.3.5 對分子系統(tǒng)樹的爭議 158
11.4 分子系統(tǒng)發(fā)育軟件 159
主要參考文獻(xiàn) 159
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