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1、分子进化分析一、课程简介分子进化学R益成为计算生物学和生物信息学等新兴学科的重要组成局部，是生命科学中最 引人注目的领域之一。进化遗传学、分类学、生态学、基因组学等对分子进化的分析方法都有所 需求，而且分子进化分析涉及相当复杂的现代统计学理论和计算方法，对很多生物学家是一种挑 战。本课程为生物研究者介绍分子进化领域的统计分析工具，使学生深入浅出的了解其全貌。通过本课程的学习，使学生掌握经典的进化理论，以及开展的现代分子进化理论，掌握从分 子水平研究生物进化的方法，熟练运用分子进化的专业软件。同时也有对生物信息其他领域中的 进化分析，拓展其领域的研究范畴。因此本课程既能让学生接受分子进化基本概念
2、和原理的教育，利用 计算机软件完成分子进化树构建的实际问题，又能使之掌握对其他生物信息学问题进行进化分析的 方法。本课程是本专业的主要专业课之一。二、理论教学内容1 .进化生物学的由来与现状掌握内容：生物进化与中性突变的概念，综合进化论的主要内容。了解内容：拉马克学说和达尔文学说，进化生物学的研究现状与开展方向。2 .细胞的起源与进化掌握内容：超循环组织模式和阶梯渡模式的基本原理，由无细胞的化学进化过渡到有细胞的 生物进化过程的关键环节。了解内容：内共生起源说、渐进式起源说，真核细胞起源对生物进化的意义。3 .生物表型的进化掌握内容：亲缘选择和性选择的概念，新功能的起源及其在进化中的意义。了解
3、内容：行为、信号、进化稳定对策，新构造的起源及其意义，利他行为意义及进化机制。4 .生物的微观进化掌握内容：微观进化、适应、选择系数、正态化选择、前进性选择的概念，基因频率传递的 计算方法。了解内容：种群、基因库、遗传平衡，纯合率、杂合率的计算，基因型和外显型的对应关系。5 .生物的宏观进化掌握内容：宏观进化、进化趋势、复式进化、表型趋异、谱系趋异的概念，谱系进化速率的 表示方法，微观进化与宏观进化的关系。了解内容：生物进化的速率，灭绝的生物学意义。6 .生物遗传系统的进化一染色体进化掌握内容：染色体数目进化，染色体结构进化，染色体功能进化。了解内容：染色体数目进化方式与结构进化方式。7 .生
4、物遗传系统的进化一基因与基因组的进化、蛋白与蛋白组进化掌握内容：基因组结构进化，蛋白质家族、基因家族、基因的分裂、融合；蛋白质的趋同进 化和趋异进化；直系同源和旁系同源。了解内容：假基因进化，转座与基因组进化，基因上游调控序列的保守性，基因水平转移。8 .分子进化与分子系统学掌握内容：分子进化的概念，分子进化特点，分子进化的中性突变理论。了解内容：影响突变类型的因素，基因调控与近中性突变。9 .核甘酸替换模型掌握内容：核甘酸替代数的估计，Jukes and Cantor模型，Kimura模型，Tajima-Nei模型，Tamura136 模型。j解内容：Tamura-nei模型，氨基酸替代模型
5、。10 .系统发生树掌握内容：系统发生树的相关概念，系统发生树数目，系统发生树结构，系统发生树之间的 距离。11 .基于最大简约性原那么的分子进化树构建掌握内容：信息位点；最大简约原那么；最小简约问题；Fitchs算法。了解内容：最大简约问题；搜索策略；方法评价。12 .基于最大似然性思想的分子进化树构建掌握内容：构建数据的似然率；树与子树的似然率；树枝长度的似然率。了解内容：参数的最大似然估计。三、实验教学内容1 .基因组适应性进化过程推测基本内容：同义/非同义替代率是适应性进化中重要概念，如何计算是必须熟悉的。以禽流 感病毒H5N1为例子计算该病毒中基因的同义/非同义替代率是研究其进化及发
6、生的重要参考。对 生物信息研究者而言，批量计算多基因的同义/非同义替代率是必备工具。本实验采用matlab及R 语言练习该方法，对后面的科学研究有很大帮助。基本要求：掌握同义/非同义替代率计算的方法。掌握神matlab及R语言中进化内容的一般知 识。2 .生物的微观进化基本内容：遗传平衡，纯合率、杂合率的计算；基因型和外显型的对应关系。基本要求：掌握遗传平衡的概念；熟悉基因型与外显型的对应转化关系。3 .根据不同方法(最大简约法和最大似然法)重建灵长类系统发育树基本内容：本实验目的是熟悉进化常用的网络资源，学习数据获取的方式方法。利用获得数 据构建我们需要的系统发生树，分析试验结果。了解使用不
7、同基因或不同数据对实验结果的影响，总结 不同数据构建系统发生树应用范畴。基本要求：掌握数据寻找的过程；熟悉构建系统发生树的方法及相应解释，熟悉MEGA及 phylip 软件。四、参考资料1 .参考书计算分子进化分析.杨子恒著.钟杨等译.复旦大学出版社.2008年出版Molecular Evolution and Phyolgenetics Nei, M.London： Oxford university press2 .网络资源分子进化-Molecular Biology and Evolution ( )分子进化-Molecular Evolution, Phylogenetics and Epidemiology()137五、学时分配序号教学内容参考学时总学时理论学时实验学时1进化生物学的由来与现状2202细胞的起源与进化2203生物表型的进化2204生物的微观进化8445生物的宏观进化4226生物遗传系统的进化一染色体进化2207生物遗传系统的进化一基因与基因组的进 化、蛋白与蛋白组进化6428分子进化与分子系统学2209核甘酸替换模型62410系统发生树22011基于最大简约性原那么的分子进化树构建84412基于最大似然性思想的分了进化树构建844合计523220138