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人人好公，则天下太平；人人营私，则天下大乱。——刘鹗

生物大数据分析技术及其应用

随着科技的不断发展，生物学领域中产生的数据量也在不断增

加。如何有效地处理这些生物大数据，提取有意义的信息，成为

了当前生物学研究中的一个重要问题。

生物大数据分析技术是指通过计算机和统计学方法对生物学领

域中产生的大数据进行加工、整合、分析和解释，以便发现生物

学规律、分析生物多样性和功能等。生物大数据分析技术主要是

依托于计算机技术，通过各种数据分析方法解决生物学问题，应

用广泛，具有重要的研究和应用价值。

一、生物大数据的来源

生物大数据的来源包括基因、蛋白质、代谢产物和表观遗传等

不同层次的数据。其中，基因组学、转录组学、蛋白质组学和代

谢组学是当前主流的生物大数据来源。

1、基因组学

人人好公，则天下太平；人人营私，则天下大乱。——刘鹗

基因组学是研究组成生物体基因组的编码DNA序列和非编码

DNA序列的结构、功能和演化的科学。基因组学数据主要包括基

因组序列、DNA多态性和功能信息等。全基因组测序技术的出现

使得大量基因组数据可以得到高通量测序，因而基因组学数据的

产生呈爆发式增长。

2、转录组学

转录组学是研究生物系统中所有转录物的全局表达的科学。转

录组学数据既包括非编码RNA序列，也包括编码RNA序列的数

量、特异性和剪接等信息。高通量测序技术的应用使得转录组学

数据产生海量，比如RNA-seq、microRNA-seq等技术的应用，通

过检测特定转录物的表达量或转录本谱，可以对细胞或组织的基

因表达进行高通量测序分析。

3、蛋白质组学

蛋白质组学是研究特定蛋白或整个蛋白质集合的结构、功能、

相互作用和调节的科学。蛋白质组学数据包括蛋白质序列、结构、

组成以及功能信息等。为了深入理解蛋白质或蛋白质组的作用和

人人好公，则天下太平；人人营私，则天下大乱。——刘鹗

调节，研究人员经常使用质谱技术测定蛋白质的表达、修饰和相

互作用。

4、代谢组学

代谢组学是研究生物体代谢产物（代谢产物）在生物学过程中

的生成、转移和运用以及与其他生物大分子间协调调节的科学。

代谢组学数据包括代谢产物浓度信息、代谢产物结构信息及代谢

产物代谢通路等信息。代谢组学技术通过测定代谢产物在不同的

样品中的浓度差异，能够为研究人员提供有关代谢过程的重要信

息。

二、生物大数据分析技术

生物大数据分析技术主要包括基因组学分析、转录组学分析、

蛋白质组学分析和代谢组学分析等。

1、基因组学分析

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基因组学分析旨在寻找基因组结构、功能、进化和调控等方面

的规律。其分析内容包括基因组序列分析、基因结构注释、同源

性比对、基因家族分析、生物信息学系统构建以及基因表达调控

等方面。

2、转录组学分析

转录组学分析旨在研究候选基因、研究非编码RNA和剪接异

构体等相关问题。其分析内容包括基因表达量和基因表达谱分析、

RNA剪接分析、ISO-Seq、mRNA剪接事件分析、翻译调控因子

与microRNA的分析、co-expression分析等。

3、蛋白质组学分析

蛋白质组学分析旨在解析蛋白质的组成、结构、功能、相互作

用和变化等方面的规律。