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前言1

第1章基因组学在发现与检测海洋生物多样性中的应用

1.1全球视野下的海洋生物多样性与基因组学

1.1.1海洋生物多样性：结构与功能成分

1.1.2海洋生物多样性的本质

1.1.3实践和理论的进步

1.2海洋生物多样性的分子生物学鉴定

1.2.1对微生物群落多样性和功能的分析

1.2.2介于微生物和后生动物之间的生物：真核原生生物

1.2.3小型底栖动物群落的多样性和生态分析

1.2.4DNA条形码和渔业

1.2.5海洋系统中的幼虫

1.3海洋生物多样性和生态系统功能

1.3.1新环境中的微生物

1.3.2生态系统进程中微生物之间的关系

1.3.3环境变化与微生物多样性

1.4结束语

参考文献

第2章宏基因组分析

2.1前言

2.2宏基因组学的历史和应用

2.3宏基因组分析的技术挑战

2.3.1宏基因组研究策略

2.3.2富集策略

2.3.3基因组DNA的分离纯化

2.3.4基因组DNA的扩增

2.3.5宏基因组文库的构建和分析

2.3.6不依赖文库的宏基因组分析

2.4生物信息学在宏基因组分析时面临的挑战

2.4.1数据组装与合并

2.4.2基因预测

2.4.3功能注释

2.4.4基于网络的注释流程

2.4.5注释系统的本地安装

2.4.6高多样性环境的浅度测序和短读长技术

2.4.7比较宏基因组学结果展示

2.5展望

参考文献

第3章种群结构和环境适应性研究中的基因组学技术及其研究进展

3.1技术

3.1.1DNA和RNA研究：EST文库

3.1.2DNA研究：微卫星

3.1.3DNA研究：单核苷酸多态性（SNP）

3.1.4DNA研究：扩增片段长度多态性（AFLP）

3.1.5DNA研究：高通量测序

3.1.6DNA和RNA 研究:目标基因分析

3.1.7DNA研究：条形码技术

3.1.8RNA研究：微阵列或基因芯片

3.1.9RNA 研究：Q-PCR

3.2种群基因组学

3.2.1分析：选择、局限性和注意事项

3.3种群基因组学在海洋环境中的实际应用

3.3.1海洋中的扩散：从幼体发育到本地适应和物种形成的过程

3.3.2海洋生物入侵：用基因组学方法研究入侵物种

3.3.3揭示水产养殖种群中杂种优势的遗传基础

3.3.4基因多样性和种群适应性

3.4表达研究和环境基因组学

3.4.1栖息地范围的定义：生物地理学

3.4.2基因芯片:识别与适应性有关的生化通路

3.4.3基因组的可塑性与季节波动

3.4.4对极端环境的适应

3.5总结和展望

参考文献

第4章动物系统发育:基因组有很多话要说

4.1引言

4.2动物系统发育的起源

4.2.1以前的策略是基于体腔进化的假设

4.2.2通过分支系统分析法筛选更多的特征

4.2.3小核糖体RNA基因和动物系统发生的新观点

4.2.4新观点的局限性

4.3系统基因组学的优缺点

4.4系统基因组学解析动物亲缘关系

4.4.1真体腔动物分类的争议和分类取样的重要性

4.4.2系统基因组学是否可以解释动物亲缘关系

4.5后生动物亲缘关系的系统基因组框架图

4.5.1挑战根深蒂固的分类：后口动物

4.5.2毛颚动物门归入两侧对称动物进化树

4.5.3阿克尔扁形虫是最原始的两侧对称动物吗？

4.5.4更深入的原口动物亲缘关系研究

4.6总结：动物系统发育的前景

参考文献

第5章后生动物的复杂性

5.1复杂性的途径

5.2领鞭毛虫类：后生动物的多细胞进化

5.3海绵动物的进化：体轴、细胞类型和皮层

5.4丝盘虫：生而简单还是高度简化

5.5刺胞动物：身体简单，基因复杂

5.5.1海葵基因组

5.5.2刺胞动物 BMP 模式和两侧对称的背—腹轴的进化

5.5.3刺胞动物 Hox 基因和前后轴的演化

5.5.4刺胞类与两侧对称动物体轴的同源性比较

5.5.5刺胞类中胚层的演化

5.5.6刺胞动物“神秘的”复杂性

5.6蜕皮动物：现有系统之外的动物

5.7冠轮动物：引出新观点的进化分支

5.8海兔：从神经回路到神经转录组学

5.9沙蚕：祖先细胞的复杂性和基因组特征

5.10可变剪接：调节基因组复杂性的基本层面

5.11海胆：后口动物基部意想不到的功能类群

5.12文昌鱼和脊索动物原型

5.1.3海鞘：发育过程中的改变和不变

5.1.4展望

参考文献

第6章海洋藻类基因组

6.1什么是藻类？

6.2为什么说藻类是有趣的？

6.3内共生学说和藻类的起源

6.4藻类和海洋生态系统

6.4.1地球演化中浮游生物的多样性

6.4.2藻类：浮游植物中的重要成分

6.4.3基于高通量测序技术对浮游生态系统的探索

6.4.4浮游生态系统的多样性和动态性

6.4.5基于生物个体途径探索浮游藻类生物学

6.4.6巨藻基因组

6.5展望

参考文献

第7章基因组学技术在水产养殖与渔业上的应用

7.1前言

7.2基因组学技术和资源

7.2.1遗传连锁图谱

7.2.2辐射性杂交（RH）作图

7.2.3基于BAC的物理图谱

7.2.4高质量基因组图谱

7.2.5功能基因组学技术

7.3基因组学技术在水产生物育种和繁殖研究中的应用

7.4基因组学技术在水产生物生长和营养研究中的应用

7.4.1前言

7.4.2与肌肉生长相关的骨骼肌转录变化

7.4.3外界因素影响下的骨骼肌转录组变化

7.4.4基因组学技术在肝功能研究中的应用

7.4.5结论与展望

7.5基因组学技术在海产品质量和安全研究中的应用

7.5.1影响海产品质量的各种因素

7.5.2基于基因组学和蛋白质组学方法评价鱼类肉质

7.5.3其他质量性状

7.5.4海产品安全

7.5.5海产品的品种认定和溯源

7.6基因组学技术在宿主—病原体相互作用研究中的应用

7.6.1鱼类的宿主—病原体相互作用

7.6.2宿主免疫反应的转录组特征

7.6.3遗传连锁图、RH作图和物理图谱如何阐明鱼—病原体的

相互作用

7.6.4贝类宿主—寄生虫的相互作用

参考文献

第8章海洋生物技术

8.1海洋生物技术概览

8.2基因组学如何影响海洋生物技术

8.3通过微生物群落宏基因组、单个物种的全基因组及数据挖掘来

扩充基因资源

8.3.1全基因组

8.3.2宏基因组不断增长的贡献

8.4海洋生物技术在发现天然产物、新药物和白色生物技术中

的应用

8.4.1病毒

8.4.2古细菌和细菌

8.4.3藻类

8.4.4藻类用于生产生物柴油

8.4.5藻类用于生产酒精

8.4.6藻类用于生产氢气

8.4.7藻类用于生物质发酵

8.4.8海洋基因组和藻类燃料

8.4.9藻类细胞工厂

8.4.10海洋真菌

8.4.11后生动物

8.4.12结论

参考文献

第9章实践指南：基因组学技术及其在海洋生物学方面的应用

9.1序列数据产生

9.1.1经典基因组测序技术

9.1.2第二代测序技术

9.1.3其他新的高级DNA测序方法

9.1.4结论

9.2生物信息学应用数据管理

9.2.1数据建模和存储

9.2.2数据访问

9.2.3常用的文件格式

9.3DNA 序列分析

9.3.1EST 分析

9.3.2基因预测

9.3.3基因组注释及其他

9.3.4比较基因组学和功能分类

9.3.5主要公共序列数据库和其他资源

9.4基于高通量技术的转录组分析

9.4.1微阵列技术的基本原理

9.4.2基因表达分析

9.4.3数据共享和公共数据资源库

9.4.4基因表达分析章节的总结

参考文献

词汇表

前言/序言

前言

基因组学（genomics）可定义为研究基因组（genome）结构、功能与多样性的科学，而基因组则是某一特定生物包含的所有遗传信息的总称。基因组学方法与传统生物学方法的主要差别在于研究的规模，因为基因组学的目标在于广泛分析大量的基因，甚至可能涉及组成基因组的全套基因，而不再局限于一个或少量基因。因此，很难定义传统生物学方法终止和基因组学方法起始的界限，甚至可能暗示这两种方法之间不存在本质的差别。这是一种极端的看法，然而从本书阐明的例子来看，对适用于基因集分析的高通量研究方法的发展诉求，极大地促进技术进步，也导致探索生物学新方法的开发。

基因组学是一门新学科，起始于最初尝试通过测定基因组DNA序列或大量的cDNA序列来获得单个物种的大规模测序数据。早期的测序过程花费昂贵，因此研究者主要将精力集中在包括大肠杆菌（Escherichia coli）、酵母（Saccharomyces cerevisiae）、线虫（Caenorhabditis elegans）、果蝇（Drosophila melanogaster）和拟南芥（Arabidopsis thaliana）等在内的模式生物上。这些生物大量序列数据的获得促进了其他基因组学研究工具的发展，譬如微阵列系统就可用来分析基因的表达和序列标识的突变体等。

这些早期基因组研究的模式生物并不代表海洋生物，因此对海洋生物的生物学、生态学和演化历史等的研究远远落后于基因组学方法在几种陆地模式生物中的应用程度。近些年来这种状况有所改观，主要基于DNA测序费用的大幅下降以及对大数据分析能力的提高。测序花费的下降不仅使得基因组学方法应用于更多更广的生物种类，而且也开启了包括应用创新性测序方法的宏基因组学和宏转录组学在内的诸多全新的基因组学研究领域。海洋生物学一直处在这些新应用领域的前沿。

基因组学研究方法正广泛应用于解决海洋生物学的众多难题，诸如通过探索海洋生物众多的系统发育多样性来研究发育过程的进化，探讨在全球的地球化学循环中发挥重要作用的海洋生态系统，研发新的生物大分子以及理解重要海洋生态系统之间的生态关联作用。这些领域在探索全球气候变化时发挥越来越重要的作用。

本书的目标是概述基因组学方法应用于海洋生物学研究领域中应用的最新进展。每章包含一个特定领域，对该领域做一个介绍，而且对基因组学方法如何适应该领域研究的特殊需求进行详细说明。最后一章探讨基因组学技术在实际应用中的问题，重点探讨生物信息学方面面临的挑战。本书多个章所涉及的研究领域还将在“海洋生物基因组学进展”系列丛书（the Advances in Marine Genomics book series）中开展进一步的探讨。

第1章探讨基因组学技术如何应用于探索和检测海洋环境中的生物多样性。考虑到全球气候加速变化，全球气温变暖越来越影响诸多重要的海洋生态系统，本章将重点讨论海洋中生物多样性是如何构成生态系统，以及这些不同等级层次的生态系统之间相互影响的重要性。在研究生物多样性时，基因组学方法将从分类层次、基因水平和功能水平三个层面来描述。

第2章探讨快速发展的宏基因组（或称环境测序），其序列分析方法应用于几个或多个物种构成的群落而非单个孤立的个体。宏基因组学将作为一门新学科来描述，重点提及在海洋生态系统中的重要作用。本章重点阐明宏基因组学方法的创新特性，特别是能对生态系统提供全球视野，并可提供描述不能在实验室中培养的生物方法。对近来研发的宏转录组学和宏蛋白质组学等方法也展开了讨论。本章给新近进入这个领域的研究人员提供了一些有用的建议。

第3章讨论基因组学方法在群体水平上研究海洋生物的最新应用。从DNA和RNA水平来探讨，前者可阐述诸如生物多样性的测度、物种疆界的勘察和物种漂移的评估等问题，后者可提供信息以说明通过基因表达的选择过程或调控来适应特殊的栖息地。一个物种对环境干扰的适应能力信息将对预测气候变化或其他人为因素的效应至关重要。本章先对可用于在DNA和RNA水平上进行分析的可行性方法做一综述，接着讨论这些工具对研究问题的相对优点，最后通过一些例子来说明基因组学方法如何用来解答海洋环境中群体结构和动态变化与生态系统等问题。

接下来的两章将集中探讨基因组学对多细胞生物研究的影响。第4章讲述基因组学方法已用于促进对多细胞生物系统发生的理解。早期对多细胞生物进化历史的推演，只是基于形态学与发育特征，但是由于曾经复杂的世系出现形态简化，以及用于计算和评估这种特征的方法存在内在难度等原因，因此，推演很容易出现错误。随着基于基因的系统进化分析方法的引入，这个研究领域发生了翻天覆地的变革，从而形成了所谓的动物系统发育的“新视野”，但多细胞生物的诸多关系方面还是未知或相互矛盾的。现在不少科学家正在应用基于更全面的基因组规模的大数据系统基因组学方法，来阐述这些科学问题。本章描述基因组信息是如何用于系统基因组学研究，并举了一些由这些方法产生重要进展的例子（譬如近来对脊索动物进化关系的重新评估）。海洋生物基因组学概论 电子书 下载 mobi epub pdf txt

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