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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

2.2.1人类基因组计划的研究目标及技术路线 16

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

3.2转录组学的研究方法 32

3.2.1高通量mRNA表达分析技术 32

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

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

10.1.1 FASTA（或Pearson）格式举例 134

10.1.2 GenBank flatfile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

10.4.1 FASTA程序 141

10.4.2 BLAST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

11.2 DNA序列的进化 152

11.2.1核苷酸替代数的估计 152

11.2.2 Kimura模型 153

11.3系统树的构建 154

11.3.1距离法 154

11.3.2最大简约法 156

11.3.3最大似然法 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