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系统生物学是现代生物学新兴分支学科之一。它整合了各层面的生物信息数据，建立各种数学模型进行仿真实验，进而定量阐明和预测生物功能、表型及行为，它已成为当今生命科学的重大前沿领域之一。本书概述了系统生物学的基本概念和基本内容，介绍了基因组学、转录组学、蛋白质组学、糖组学、代谢物组学、相互作用组学、表型组学、数学建模与仿真、序列比对与数据库搜索、分子进化模型与系统树的构建等。本书内容新颖简要，适于有生物学基础知识的本科生，以及研究生、科研人员学习，期望引导他们用新视觉认识生命科学。

前言

第1章系统生物学概况1

1.1从分子生物学到系统生物学1

1.1.1分子生物学的诞生及发展1

1.1.2“基因决定论”和“还原论”的局限性2

1.1.3转向整体论新潮流4

1.1.4系统生物学的产生和发展5

1.2系统生物学的定义和研究内容7

1.2.1系统生物学的定义7

1.2.2系统生物学的研究内容8

1.3系统生物学的研究9

1.3.1系统生物学的基本工作流程9

1.3.2系统生物学的研究方法10

1.4系统生物学的应用前景12

主要参考文献13

第2章基因组学15

2.1基因组学的提出及其任务15

2.2人类基因组计划16开

2.2.1人类基因组计划的研究目标及技术路线16开

2.2.2人类基因组计划的作图17

2.2.3人类基因组计划的测序18

2.2.4人类基因组计划的信息处理21

2.2.5人类基因组研究计划进展24

2.3基因组学及其分支学科25

2.3.1功能基因组学25

2.3.2比较基因组学26

2.3.3药物基因组学28

主要参考文献29

第3章转录组学31

3.1转录组及转录组学31

3.1.1转录组及转录组学的定义31

3.1.2转录组学的研究内容32开

3.2转录组学的研究方法32开

3.2.1高通量mRNA表达分析技术32开

3.2.2基因表达系列分析技术33

3.2.3转录物编目的研究方法35

3.2.4绘制动态转录物图的研究方法36

3.2.5转录物调节网络37

3.3对转录物研究的新突破37

3.3.1转录物的多样性37

3.3.2非编码RNA的类型和功能38

主要参考文献41

第4章蛋白质组学43

4.1蛋白质组学的产生43

4.2蛋白质组及蛋白质组学的概念43

4.3双向凝胶电泳44

4.3.1双向凝胶电泳(2-DE)原理45

4.3.2图像分析与数据库构建46

4.4生物质谱技术47

4.4.1种类及其原理47

4.4.2肽质量指纹谱鉴定技术(PMF)48

4.4.3肽序列标签串联质谱技术(PST)48

4.4.4翻译后修饰蛋白质的鉴定49

4.5蛋白质组数据库50

4.6蛋白质芯片技术50

4.6.1蛋白质芯片的制备50

4.6.2靶蛋白与捕捉分子结合情况检测51

4.7分析蛋白质-蛋白质相互作用的酵母双杂交系统53

4.7.1酵母双杂交系统的基本原理53

4.7.2酵母双杂交系统的改进53

4.8蛋白质组研究进展55

4.8.1病毒蛋白质组研究55

4.8.2细菌蛋白质组研究55

4.8.3酿酒酵母蛋白质组研究55

4.8.4多细胞生物蛋白质组研究58

主要参考文献59

第5章糖组学61

5.1糖组与糖组学的研究内容61

5.2糖组学在生命科学中的意义61

5.2.1蛋白质组学必须面对糖蛋白61

5.2.2糖蛋白的定义61

5.2.3聚糖和糖蛋白的生物学作用62

5.3糖组学的研究方法64

5.3.1对2-DE分离糖蛋白结合质谱技术的改进64

5.3.2聚糖分子的微阵列技术65

5.3.3用敲除基因及转基因技术研究聚糖分子引起的表型变化66

5.4糖组学的国际合作和数据库67

主要参考文献69

第6章代谢物组学71

6.1代谢物组学的定义和研究任务71

6.1.1代谢物组学的定义71

6.1.2代谢物组学的研究任务71

6.2研究代谢物组学的意义72

6.2.1代谢物组学是基因组学和蛋白质组学的补足72

6.2.2代谢物组学在医药界的应用72

6.3代谢物组学的研究方法73

6.3.1代谢物组的研究技术及其原理73

6.3.2用于代谢物组研究技术的比较80

6.3.3代谢物组分析的技术路线81

6.4代谢网络的研究82

6.4.1代谢网络的结构特征82

6.4.2用“整合”与“干扰”研究代谢网络84

主要参考文献88

第7章相互作用组学90

7.1相互作用组学的研究方法90

7.1.1大规模蛋白质-蛋白质相互作用研究技术90

7.1.2大规模遗传学相互作用研究技术93

7.2蛋白质相互作用网络94

7.2.1丙型肝炎病毒(HCV)的蛋白质相互作用94

7.2.2病原菌幽门螺杆菌的蛋白质相互作用96

7.2.3酵母的蛋白质-蛋白质相互作用网络96

7.2.4果蝇的蛋白质-蛋白质相互作用网络99

7.2.5线虫的蛋白质-蛋白质相互作用网络100

7.2.6人类的蛋白质-蛋白质相互作用网络101

主要参考文献102

第8章表型组学104

8.1什么是表型组学104

8.1.1基因型与环境的相关及互作104

8.1.2表型和表型组学105

8.2从基因组到表型组系统研究的方法105

8.2.1从大肠杆菌和酵母代谢缺失菌株预测生长表型105

8.2.2建立一种人类表型组——基因组的网络联系107

8.2.3微阵列技术在人类表型组、基因组和环境组系统研究中的应用108

8.3从基因组到表型组研究有关的数据库110

主要参考文献111

第9章数学建模和仿真的基础知识113

9.1系统模型113

9.1.1什么是系统113

9.1.2什么是模型115

9.1.3生物系统中生化反应网络的数学描述116开

9.1.4生物系统中的质量作用动力学模型118

9.1.5生物系统中有关细胞信号转导的建模119

9.2系统仿真122

9.2.1什么是系统仿真122

9.2.2系统仿真软件和相关数据库123

9.2.3系统生物学采用仿真技术的实用成果124

9.3实例:微生物细胞的建模与仿真125

9.3.1微生物数学模型的种类126

9.3.2微生物细胞的建模127

9.3.3用于微生物细胞模型的仿真平台129

主要参考文献131

第10章序列比对和数据库搜索134

10.1数据库中序列表示的格式134

10.1.1FASTA(或Pearson)格式举例134

10.1.2GenBankflatfile格式举例135

10.2序列比对138

10.3网络比对140

10.3.1成对网络比对研究140

10.3.2网络对位排列的算法141

10.4数据库中序列相似性检索141

10.4.1FASTA程序141

10.4.2BLAST程序142

10.5用隐马尔可夫模型预测新基因143

10.5.1隐马尔可夫模型143

10.5.2用隐马尔可夫模型预测新基因的举例144

10.6用人工神经网络预测蛋白质二级结构145

10.6.1简单神经网络模型146

10.6.2多层神经网络模型146

主要参考文献147

第11章分子进化模型与系统树的构建149

11.1蛋白质编码序列进化149

11.1.1血红蛋白α链的进化距离和氨基酸替代率的估计149

11.1.2氨基酸的替代矩阵151

11.2DNA序列的进化152

11.2.1核苷酸替代数的估计152

11.2.2Kimura模型153

11.3系统树的构建154

11.3.1距离法154

11.3.2优选简约法156

11.3.3优选似然法157

11.3.4分子系统树的检验157

11.3.5对分子系统树的争议158

11.4分子系统发育软件159

主要参考文献159

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