《分子進(jìn)化分析》教學(xué)大綱（本科）

1、分子進(jìn)化分析一、課程簡(jiǎn)介分子進(jìn)化學(xué)R益成為計(jì)算生物學(xué)和生物信息學(xué)等新興學(xué)科的重要組成局部，是生命科學(xué)中最 引人注目的領(lǐng)域之一。進(jìn)化遺傳學(xué)、分類學(xué)、生態(tài)學(xué)、基因組學(xué)等對(duì)分子進(jìn)化的分析方法都有所 需求，而且分子進(jìn)化分析涉及相當(dāng)復(fù)雜的現(xiàn)代統(tǒng)計(jì)學(xué)理論和計(jì)算方法，對(duì)很多生物學(xué)家是一種挑 戰(zhàn)。本課程為生物研究者介紹分子進(jìn)化領(lǐng)域的統(tǒng)計(jì)分析工具，使學(xué)生深入淺出的了解其全貌。通過(guò)本課程的學(xué)習(xí)，使學(xué)生掌握經(jīng)典的進(jìn)化理論，以及開展的現(xiàn)代分子進(jìn)化理論，掌握從分 子水平研究生物進(jìn)化的方法，熟練運(yùn)用分子進(jìn)化的專業(yè)軟件。同時(shí)也有對(duì)生物信息其他領(lǐng)域中的 進(jìn)化分析，拓展其領(lǐng)域的研究范疇。因此本課程既能讓學(xué)生接受分子進(jìn)化基本概念

2、和原理的教育，利用 計(jì)算機(jī)軟件完成分子進(jìn)化樹構(gòu)建的實(shí)際問(wèn)題，又能使之掌握對(duì)其他生物信息學(xué)問(wèn)題進(jìn)行進(jìn)化分析的 方法。本課程是本專業(yè)的主要專業(yè)課之一。二、理論教學(xué)內(nèi)容.進(jìn)化生物學(xué)的由來(lái)與現(xiàn)狀掌握內(nèi)容：生物進(jìn)化與中性突變的概念，綜合進(jìn)化論的主要內(nèi)容。了解內(nèi)容：拉馬克學(xué)說(shuō)和達(dá)爾文學(xué)說(shuō)，進(jìn)化生物學(xué)的研究現(xiàn)狀與開展方向。.細(xì)胞的起源與進(jìn)化掌握內(nèi)容：超循環(huán)組織模式和階梯渡模式的基本原理，由無(wú)細(xì)胞的化學(xué)進(jìn)化過(guò)渡到有細(xì)胞的 生物進(jìn)化過(guò)程的關(guān)鍵環(huán)節(jié)。了解內(nèi)容：內(nèi)共生起源說(shuō)、漸進(jìn)式起源說(shuō)，真核細(xì)胞起源對(duì)生物進(jìn)化的意義。.生物表型的進(jìn)化掌握內(nèi)容：親緣選擇和性選擇的概念，新功能的起源及其在進(jìn)化中的意義。了解內(nèi)容：行為、

3、信號(hào)、進(jìn)化穩(wěn)定對(duì)策，新構(gòu)造的起源及其意義，利他行為意義及進(jìn)化機(jī)制。.生物的微觀進(jìn)化掌握內(nèi)容：微觀進(jìn)化、適應(yīng)、選擇系數(shù)、正態(tài)化選擇、前進(jìn)性選擇的概念，基因頻率傳遞的 計(jì)算方法。了解內(nèi)容：種群、基因庫(kù)、遺傳平衡，純合率、雜合率的計(jì)算，基因型和外顯型的對(duì)應(yīng)關(guān)系。.生物的宏觀進(jìn)化掌握內(nèi)容：宏觀進(jìn)化、進(jìn)化趨勢(shì)、復(fù)式進(jìn)化、表型趨異、譜系趨異的概念，譜系進(jìn)化速率的 表示方法，微觀進(jìn)化與宏觀進(jìn)化的關(guān)系。了解內(nèi)容：生物進(jìn)化的速率，滅絕的生物學(xué)意義。.生物遺傳系統(tǒng)的進(jìn)化一染色體進(jìn)化掌握內(nèi)容：染色體數(shù)目進(jìn)化，染色體結(jié)構(gòu)進(jìn)化，染色體功能進(jìn)化。了解內(nèi)容：染色體數(shù)目進(jìn)化方式與結(jié)構(gòu)進(jìn)化方式。.生物遺傳系統(tǒng)的進(jìn)化一基因與基因

4、組的進(jìn)化、蛋白與蛋白組進(jìn)化掌握內(nèi)容：基因組結(jié)構(gòu)進(jìn)化，蛋白質(zhì)家族、基因家族、基因的分裂、融合；蛋白質(zhì)的趨同進(jìn) 化和趨異進(jìn)化；直系同源和旁系同源。了解內(nèi)容：假基因進(jìn)化，轉(zhuǎn)座與基因組進(jìn)化，基因上游調(diào)控序列的保守性，基因水平轉(zhuǎn)移。.分子進(jìn)化與分子系統(tǒng)學(xué)掌握內(nèi)容：分子進(jìn)化的概念，分子進(jìn)化特點(diǎn)，分子進(jìn)化的中性突變理論。了解內(nèi)容：影響突變類型的因素，基因調(diào)控與近中性突變。.核甘酸替換模型掌握內(nèi)容：核甘酸替代數(shù)的估計(jì)，Jukes and Cantor模型，Kimura模型，Tajima-Nei模型，Tamura136 模型。j解內(nèi)容：Tamura-nei模型，氨基酸替代模型。.系統(tǒng)發(fā)生樹掌握內(nèi)容：系統(tǒng)發(fā)生樹的

5、相關(guān)概念，系統(tǒng)發(fā)生樹數(shù)目，系統(tǒng)發(fā)生樹結(jié)構(gòu)，系統(tǒng)發(fā)生樹之間的 距離。.基于最大簡(jiǎn)約性原那么的分子進(jìn)化樹構(gòu)建掌握內(nèi)容：信息位點(diǎn)；最大簡(jiǎn)約原那么；最小簡(jiǎn)約問(wèn)題；Fitchs算法。了解內(nèi)容：最大簡(jiǎn)約問(wèn)題；搜索策略；方法評(píng)價(jià)。.基于最大似然性思想的分子進(jìn)化樹構(gòu)建掌握內(nèi)容：構(gòu)建數(shù)據(jù)的似然率；樹與子樹的似然率；樹枝長(zhǎng)度的似然率。了解內(nèi)容：參數(shù)的最大似然估計(jì)。三、實(shí)驗(yàn)教學(xué)內(nèi)容.基因組適應(yīng)性進(jìn)化過(guò)程推測(cè)基本內(nèi)容：同義/非同義替代率是適應(yīng)性進(jìn)化中重要概念，如何計(jì)算是必須熟悉的。以禽流 感病毒H5N1為例子計(jì)算該病毒中基因的同義/非同義替代率是研究其進(jìn)化及發(fā)生的重要參考。對(duì) 生物信息研究者而言，批量計(jì)算多基因的同義

6、/非同義替代率是必備工具。本實(shí)驗(yàn)采用matlab及R 語(yǔ)言練習(xí)該方法，對(duì)后面的科學(xué)研究有很大幫助?；疽螅赫莆胀x/非同義替代率計(jì)算的方法。掌握神matlab及R語(yǔ)言中進(jìn)化內(nèi)容的一般知 識(shí)。.生物的微觀進(jìn)化基本內(nèi)容：遺傳平衡，純合率、雜合率的計(jì)算；基因型和外顯型的對(duì)應(yīng)關(guān)系。基本要求：掌握遺傳平衡的概念；熟悉基因型與外顯型的對(duì)應(yīng)轉(zhuǎn)化關(guān)系。.根據(jù)不同方法(最大簡(jiǎn)約法和最大似然法)重建靈長(zhǎng)類系統(tǒng)發(fā)育樹基本內(nèi)容：本實(shí)驗(yàn)?zāi)康氖鞘煜みM(jìn)化常用的網(wǎng)絡(luò)資源，學(xué)習(xí)數(shù)據(jù)獲取的方式方法。利用獲得數(shù) 據(jù)構(gòu)建我們需要的系統(tǒng)發(fā)生樹，分析試驗(yàn)結(jié)果。了解使用不同基因或不同數(shù)據(jù)對(duì)實(shí)驗(yàn)結(jié)果的影響，總結(jié) 不同數(shù)據(jù)構(gòu)建系統(tǒng)發(fā)生樹應(yīng)用

7、范疇?；疽螅赫莆諗?shù)據(jù)尋找的過(guò)程；熟悉構(gòu)建系統(tǒng)發(fā)生樹的方法及相應(yīng)解釋，熟悉MEGA及 phylip 軟件。四、參考資料.參考書計(jì)算分子進(jìn)化分析.楊子恒著.鐘楊等譯.復(fù)旦大學(xué)出版社.2008年出版Molecular Evolution and Phyolgenetics Nei, M.London： Oxford university press.網(wǎng)絡(luò)資源分子進(jìn)化-Molecular Biology and Evolution ( )分子進(jìn)化-Molecular Evolution, Phylogenetics and Epidemiology()137五、學(xué)時(shí)分配序號(hào)教學(xué)內(nèi)容參考學(xué)時(shí)總學(xué)時(shí)理論學(xué)時(shí)實(shí)驗(yàn)學(xué)時(shí)1進(jìn)化生物學(xué)的由來(lái)與現(xiàn)狀2202細(xì)胞的起源與進(jìn)化2203生物表型的進(jìn)化2204生物的微觀進(jìn)化8445生物的宏觀進(jìn)化4226生物遺傳系統(tǒng)的進(jìn)化一染色體進(jìn)化2207生物遺傳系統(tǒng)的進(jìn)