《计算表观遗传学》教学大纲（本科）.docxVIP

PAGE PAGE 115 计算表观遗传学 一、课程简介 表观遗传学是研究在不涉及到 DNA 序列变化而表现为由 DNA 甲基化谱、染色质结构状态和基因表达谱在细胞代间传递的遗传现象的一门学科。计算表观遗传学即是把生物信息学的研究策略和方法应用到表观遗传学的研究领域，具有快速、高通量、低成本的特点，可以为当前的表观遗传学的实验研究提供指导；同时，生物学实验可以用来验证运用计算表观遗传学方法推导的结论。结合实验方法和计算表观遗传学方法，是当前表观遗传学研究领域新兴的视角。 计算表观遗传学是以遗传学、分子生物学、生物信息学等为基础，通过生物信息学技术储存管理大量的实验数据并开发适用于深度挖掘这些实验数据的生物信息学算法，为生物医学研究提供基础理论、基本知识和科学的思维方法，是遗传学和医学的桥梁学科。 本门课程通过对 DNA 甲基化、组蛋白修饰、染色质重塑、基因组印记的讲解，使学生掌握表观遗传学的基本理论知识及生物信息学在表观遗传学领域的应用及解决的问题，同时培养学生应用所学知识观察、分析、综合和独立解决问题的能力，为学生在未来工作中打下坚实的理论基础。计算表观遗传学所研究的内容有利于促进发育和疾病的表观遗传调控机制的研究。 二、理论教学内容 绪论 计算表观遗传学概要 了解内容：表观遗传学的性质、研究内容、任务及其在生物医学领域中的地位；表观遗传学的发展史；表观遗传现象；染色质结构和功能；真核细胞的表达调控。 掌握内容：计算表观遗传学研究内容、研究目的。 基本生物学知识 基因组的DNA甲基化 掌握内容：DNA甲基化概况；DNA甲基化对转录的调控；CpG岛的特点。 了解内容：CpG岛及DNA甲基化的生物学意义；DNA甲基化在基因组的分布；实验方法寻找CpG岛。 组蛋白修饰的表观基因组 掌握内容：组蛋白修饰的生物学基础；组蛋白修饰的基因组定位；组蛋白修饰的调控基因表达。 了解内容：组蛋白密码；组蛋白修饰与DNA甲基化的相互作用。 基因组的染色质重塑 掌握内容：核小体定位的实验和计算方法；峰值分析方法；染色质重塑的假设；染色质重塑的模式；常用软件。 了解内容：染色质重塑复合物的功能、种类；核小体定位的意义。 基因组印记 掌握内容：印记基因的识别；机器学习预测印记基因；常用数据库。了解内容：基因印记的生物学基础；基因组印记的起源。 实验技术介绍 掌握内容：DNA甲基化检测的常用技术；组蛋白修饰检测的常用实验技术。 了解内容：DNA甲基化检测技术在疾病、发育过程中的应用；组蛋白修饰的实验技术的应用。 计算表观遗传学分析技术 掌握内容：CpG岛预测方法的核心思想；BS-Seq数据预处理方法；高通量450K数据分析方法；ChIP-Seq数据的峰值探测。 了解内容：常用的CpG岛预测软件；常用的BS-Seq数据处理软件；常用的组蛋白修饰分析工具；常用的计算表观遗传学数据库。 计算表观遗传学与疾病 掌握内容：利用差异甲基化筛选识别疾病标记；利用构建DNA甲基化网络的策略识别疾病标记。 了解内容：癌症基因组中DNA甲基化的特征；癌症DNA甲基化网络的拓扑特征。 计算表观遗传学与进化 掌握内容：利用DNA甲基化构建物种的系统发生树；DNA甲基化在细胞发育过程中的微进化模型。 了解内容：人类物种特异选择的DNA甲基化特征；DNA甲基化在细胞发育过程中的动态模式。 三、实验教学内容 DNA甲基化数据的处理与分析 基本内容：基于GEO或DiseaseMeth数据库下载指定的DNA甲基化数据，并利用QDMR筛选各样本间的差异甲基化区域，进一步研究这些区域在基因组中的分布，及其相关基因的功能富集。 基本要求：掌握常用DNA甲基化数据下载、处理分析用的软件，熟悉常见的DNA甲基化调控区域。 组蛋白修饰数据的处理与分析 基本内容：基于GEO或HHMD数据库下载指定的组蛋白修饰数据，并利用MACS对组蛋白修饰数据进行峰值探测，利用ngsplot软件研究基因转录起始位点附近的各组蛋白修饰的特征。 基本要求：掌握基于ChIP-Seq技术测定的组蛋白修饰数据的处理分析方法，熟悉基因相关的组蛋白修饰调控区域。 疾病相关的DNA甲基化网络构建 基本内容：结合DNA甲基化数据和蛋白质互作数据构建疾病相关的基因互作网络，分析网络的拓扑性质，挖掘疾病相关的DNA甲基化标记。 基本要求：DNA甲基化在复杂疾病中的特征。 基因组印记区域的差异表观遗传修饰分析及功能注释 基本内容：基于MetaImprint数据库，检索基因组印记基因；构建印记基因的遗传和表观遗传基因组图谱；进一步对指定区域的印记状态进行差异表观遗传修饰分析和功能注释。 基本要求：掌握功能富集分析的方法、策略；熟悉基因组印记及印记调控。 基于表观遗传修饰的物种间进化分析 基本内容：基于Roundup数据库筛选人、鼠、果蝇