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第一章 生物序列比对1

1.1 DNA、RNA和蛋白质1

1.1.1 DNA分子2

1.1.2 蛋白质分子3

1.1.3 RNA分子3

1.1.4 从基因到蛋白质的信息传递4

1.2 比对：序列比较的模型4

1.3 比对图5

1.3.1 定义6

1.3.2 双序列之间比对的总数目7

1.4 比对的记分法则8

1.5 全序列比对：动态规划算法9

1.5.1 基本算法9

1.5.2 使用仿射空位罚分的算法12

1.5.3 全序列比对的C语言程序14

1.6 局部比对：Smith-Waterman算法17

1.6.1 Smith-Waterman算法18

1.6.2 局部比对的C语言程序20

1.7 最优占用空间的比对算法21

1.8 比对蛋白质序列所使用的打分矩阵24

1.8.1 打分的统计基础24

1.8.2 BLOSUM矩阵系列25

参考文献30

练习题30

第二章 快速比对方法33

2.1 同源序列查询和数据库搜索33

2.2 序列中的字分布35

2.2.1 DNA序列的随机模型Ⅰ：一致独立分布36

2.2.2 DNA序列的随机模型Ⅱ：马尔可夫链38

2.3 字匹配的散列表方法41

2.4 点阵法43

2.5 FASTA程序45

2.6 BLAST程序49

2.6.1 基本算法：连续核的概念49

2.6.2 E值的计算公式50

2.6.3 BLAST程序系列52

2.7 散核方法54

2.7.1 散核模型54

2.7.2 散核的优化58

2.7.3 基于散核的相似性查找的程序实现60

2.7.4 多散核61

2.7.5 其他有关散核的研究62

参考文献63

练习题64

第三章 多序列比对66

3.1 为什么需要比对多个生物序列？66

3.2 模体、谱、共识序列67

3.3 Logo：一个序列保守区域的可视化方法69

3.4 多序列比对的SP分数70

3.5 多序列比对的复杂性72

3.5.1 动态规划算法72

3.5.2 NP-难解性73

3.6 渐进式比对77

3.6.1 渐进式的基本策略77

3.6.2 Feng-Doolittle比对算法78

3.7 近似算法80

3.7.1 序列编辑距离80

3.7.2 星型比对算法81

3.8 多序列比对实用程序84

3.8.1 ClustalW84

3.8.2 MUSCLE89

3.8.3 其他多序列比对程序90

3.9 基因组的比对91

参考文献93

练习题93

第四章 隐马尔可夫模型及基因序列的识别96

4.1 隐马尔可夫模型96

4.1.1 隐马尔可夫模型的定义96

4.1.2 隐马尔可夫模型的基本问题97

4.2 基本算法99

4.2.1 前向算法和后向算法99

4.2.2 Viterbi算法102

4.2.3 建模算法103

4.3 蛋白质簇的隐马尔可夫链模型106

4.3.1 谱HMM106

4.3.2 从多序列比对到谱HMM107

4.3.3 从谱HMM到多序列比对108

4.3.4 Pfam数据库109

4.4 GENSCAN：预测人基因组中的全基因结构程序110

4.4.1 真核生物基因的结构110

4.4.2 半HMM111

4.4.3 基因的Burge-Karlin模型112

4.4.4 自动识别人基因组中的基因序列115

参考文献116

练习题117

第五章 分子进化树分析118

5.1 达尔文的进化树118

5.2 进化树的数学性质120

5.2.1 基本概念120

5.2.2 进化树的个数121

5.2.3 常见的无根进化树变换124

5.2.4 进化树之间的距离126

5.2.5 二叉树和多叉树127

5.3 构建分子进化树Ⅰ：Parsimony方法128

5.3.1 Fitch算法130

5.3.2 寻找简约进化树131

5.4 构建分子进化树Ⅱ：基于距离的方法132

5.4.1 加权进化树和距离矩阵132

5.4.2 计算序列间的距离133

5.4.3 Neighbor-Joining算法135

5.4.4 UPGMA算法139

5.5 构建分子进化树Ⅲ：最大似然法和贝叶斯方法141

5.5.1 最大似然法141

5.5.2 贝叶斯方法142

5.6 构建分子进化树的两个实际问题143

5.6.1 一致性和长分支相吸现象143

5.6.2 Bootstrap分析145

5.7 祖先状态的推断146

5.7.1 问题的定义146

5.7.2 Sankoff算法146

5.7.3 最大似然法147

5.7.4 推断方法的准确率148

5.8 基因树和物种树的融合150

5.8.1 基因簇和基因树150

5.8.2 基因树和物种树的融合的定义151

5.8.3 推断基因复制事件153

参考文献155

练习题155

第六章 计算蛋白质组学159

6.1 基础知识159

6.1.1 氨基酸和肽的质量159

6.1.2 质谱仪和质谱160

6.1.3 同位素峰、误差和噪音162

6.1.4 连续质谱164

6.1.5 复杂蛋白样本的处理165

6.1.6 肽鉴定的基本方式167

6.2 肽从头测序168

6.2.1 打分函数168

6.2.2 PEAKS算法169

6.2.3 谱图算法176

6.3 搜库及其统计学验证178

6.3.1 打分函数178

6.3.2 对结果的质控180

6.4 翻译后修饰182

6.5 其他研究课题183

6.5.1 定量分析183

6.5.2 糖鉴定184

6.5.3 新型肽鉴定方法184

6.5.4 其他分子的鉴定184

参考文献184

练习题186

索引187

英汉术语对照192