大数据时代的整合生物信息学

随着生物数据测量技术的不断发展,生物数据的类型、内容、复杂度不断增加,生物信息学已迈入大数据时代。面对大数据时代多模态、多层次、高维度、非线性的复杂生物数据,生物信息学需要发展相应的方法和技术进行有效整合生物信息学研究与应用。本文对大数据时代整合生物信息学所涉及的数据整合、方法整合、系统整合及相关问题进行梳理和探讨。

系统生物学(Systems Biology)的几大重要问题

近几年来,系统生物学从正式提出到受到普遍关注和研究,对生物学的研究发展起了革命性的变化。主要从系统生物学的发展及其内容进行分析,讨论了生物数据整合,模型建立和模拟分析等几点关键性的问题,并展望了系统生物学的研究。

2009计算与整合生物学国际学术会议暨基因芯片、计算机和作物国际暑期研习班

2009年9月18～20日，2009计算与整合生物学国际学术会议（2009InternationalWorkshopon“ComputationalandIntegrativeBiology”，CIB’09）暨基因芯片、计算机和作物国际暑期研习班在杭州隆重召开。本次会议由浙江大学、德国比勒费尔德大学和英国埃塞克斯大学合作主办，会议得到了德国联邦教育和科技部、中国科技部英国研究理事会、德国IMBio组织的支持。

毛竹Stowaway-like MITEs转座子的分离与分析

微型颠倒重复序列(miniature inverted repeat transposable elements,MITEs)是一类对基因组进化和基因表达有重要调节作用的转座子。为分析MITEs在毛竹基因组中的分布特性,借鉴Fast Isolation by AFLP of Sequences Containing repeats(FIASCO)方法,首次构建Stowaway-like MITEs富集文库。随机挑取21个克隆,测序发现2个含有Stowaway-like MITEs序列(Stow-Ph1和Stow-Ph2),阳性率为9.52%。Stow-Ph1和Stow-Ph2的长度分别为260和258bp,具有Stowaway-like MITEs典型的末端颠倒重复序列(terminal inverted repeats,TIRs)和靶位点重复序列(target site duplication,TSD)。Stow-Ph1和Stow-Ph2与水稻的Stow-Os8(FJ266024)的同源性分别为46.4%和52.6%。Stow-Ph1和Stow-Ph2与水稻16类Stowaway-like MITEs的TIRs前20bp的相似性均高于50%,表明毛竹的Stowaway-like MITEs在TIRs上是高度保守的。

多层网络模型在水稻与癌症蛋白质互作网络中的应用

网络是研究系统间连接结构的学科方法与研究技术。本文介绍单层网络和多层网络模型的数学理论,以及多层网络中多重度、重叠度与激活度、重叠性、度关联函数、参与系数以及度相关系数的概念,并将这些分析方法运用到了水稻细胞、癌症细胞和正常组织的蛋白质互作网络(protein-protein interaction networks,PPI)中,研究它们的特殊结构与性质。在水稻的蛋白质互作网络中,发现它的重叠度与激活度呈幂律分布;通过参与系数的分析发现了与细胞整体功能相关的重要蛋白质;通过相关系数热图分析发现了关联性较强的细胞器以及关联性较弱的细胞器。在癌症组织PPI以及正常组织中,通过重叠性图谱分析和核心网络比对的方法,发现了癌症网络的核心网络的规模比正常组织大,且具有强核心结构、高度均质性以及不易受到攻击而崩溃的特点;发现了非平凡的重叠度和激活度分布,并分析了癌症与正常组织在结构和功能上的差异。

问号钩端螺旋体毒力相关蛋白InvA转录和表达特征的研究

目的确定我国不同基因种问号钩端螺旋体（简称钩体）参考标准株携带毒力相关基因invA的情况，了解问号钩体赖株感染细胞前后invA基因转录和表达水平的变化。方法采用PCR检测4个不同基因种问号钩体株及双曲钩体PatocI株invA基因。克隆问号钩体全长irwA基因并测序，构建问号钩体黄疸出血群赖型赖株invA基因原核表达系统。Ni-NTA亲和层析法提纯目的重组蛋白rInvA后免疫家兔获得抗血清，免疫双扩散法检测其效价。建立问号钩体赖株感染人胚肾上皮细胞HEK293模型，采用荧光定量RT—PCR和Westernblot分别检测问号钩体赖株感染HEK293细胞前后invA基因的转录和表达水平的变化。结果4个不同基因种的问号钩体株均含有invA基因，双曲钩体PatocI株则否。4株不同基因种的问号钩体irwA基因核苷酸和氨基酸序列相似性分别为99．33％～100％和98．66％～100％。所构建的原核表达系统能有效地表达rInvA。rInvA兔抗血清免疫双扩效价为1：16。问号钩体赖株感染HEK293细胞30min以后可大量黏附于细胞表面。问号钩体赖株感染HEK293细胞30min时，invA基因mRNA水平明显上调，45min时达到峰值，然后逐渐下降。问号钩体赖株感染HEK293细胞后45min和60min时可检出InvA蛋白，感染前及感染90min以后检测结果均为阴性。结论invA基因是致病性问号钩体所特有的基因。invA基因具有宿主细胞接触式表达及瞬时表达的特点，与问号钩体侵人宿主细胞密切相关。

毛竹细胞色素P450的基因组学分析

细胞色素P450单加氧酶(P450s)是一类在450 nm处有特征吸收峰的血红素硫蛋白基因超家族,在许多物质代谢中至关重要,还与解毒代谢密切相关。在毛竹基因组中鉴定出41个P450家族,共197个成员,涉及10个基因簇(clan)。通过基因结构与进化树的比较,进一步了解结构与进化之间的联系。通过与水稻和拟南芥一起构建的进化树,分析了毛竹P450基因家族的差异性。二级结构分析表明,毛竹P450蛋白序列同样具备有P450蛋白特征性结构域。在毛竹中,共有104个P450基因能够在不同生长发育时期有不同程度的表达。