第一部分 细胞与分子生物学概论

1细胞系统与生命密码

1.1细胞面临的挑战

1.2细胞如何面对挑战

1.3细胞内的各种分子

1.4细胞内结构与空间

1.4.1细胞核

1.4.2细胞膜

1.4.3细胞质

1.4.4内体、溶酶体和过氧化物酶体

1.4.5核糖体

1.4.6内质网

1.4.7高尔基体

1.4.8细胞骨架

1.4.9线粒体

1.4.10叶绿体

1.5细胞是一个系统

1.5.1细胞系统

1.5.2细胞的系统生物学

1.5.3如何研究细胞系统

2 DNA序列：基因组基础

2.1 DNA双螺旋和碱基序列

2.2 DNA分子如何复制和保持稳定性

2.3 DNA中保存的遗传信息如何转化为蛋白质

2.4基因组概览

2.4.1最小基因组

2.4.2基因组大小

2.4.3基因组中的蛋白质编码区

2.4.4基因组非编码区

2.5 DNA包装、序列访问和DNA-蛋白质互作

2.5.1 DNA包装

2.5.2序列访问

2.5.3 DNA-蛋白质互作

2.6 DNA序列的突变与多样性

2.7基因组演化

2.8表观基因组与DNA甲基化

2.9基因组测序与疾病风险

2.9.1孟德尔（单基因）疾病

2.9.2多基因控制的复杂疾病

2.9.3基因组不稳定导致的疾病

2.9.4表观基因组／表观遗传疾病

3 RNA：转录后的序列

3.1 RNA作为信使

3.2 RNA的分子结构

3.3 mRNA的产生、加工与周转

3.3.1 DNA模板

3.3.2原核生物基因的转录

3.3.3真核生物基因pre-mRNA的初始转录

3.3.4从mRNA前体到成熟的mRNA

3.3.5运输与定位

3.3.6稳定性与降解

3.3.7 mRNA转录水平上调控的主要步骤

3.4 RNA不仅仅是信使

3.4.1核酶

3.4.2核小RNA和核仁小RNA

3.4.3端粒复制中的RNA

3.4.4 RNAi和非编码小RNA

3.4.5长非编码RNA

3.4.6其他非编码RNA

3.5细胞转录组学研究概览

第二部分 新一代测序技术及数据分析概论

4新一代测序技术的来龙去脉

4.1怎样做DNA测序：从第一代到新一代

4.2典型的NGS实验流程

4.3不同NGS测序平台的详细介绍

4.3.1 Illumina可逆染色终止子测序

4.3.2 Ion Torrent半导体测序

4.3.3 PacBio单分子实时测序

4.4测序的偏好性及其他影响NGS数据准确性的负面因素

4.4.1文库构建中的偏好性

4.4.2测序过程中的偏好性和其他因素

4.5 NGS的主要应用

4.5.1转录组特征和可变剪接检测

4.5.2遗传突变与变异的发现

4.5.3基因组的从头组装

4.5.4蛋白质与DNA的互作分析（ChIP-Seq）

4.5.5表观基因组学与DNA甲基化研究

4.5.6宏基因组学

5新一代测序数据前期分析的常见步骤

5.1碱基识别、FASTQ文件格式和碱基质量值

5.2 NGS数据的质量控制与处理

5.3读段的定位

5.3.1定位方法与算法

5.3.2定位算法和参考基因组序列的选择

5.3.3标准定位文件格式SAM／BAM

5.3.4定位文件的检验与操作

5.4第三阶段分析

6新一代测序数据管理与分析的计算能力需求

6.1 NGS数据的存储、传输与共享

6.2 NGS数据分析所需的计算能力

6.3 NGS数据分析所需软件

6.4 NGS数据分析所需的生物信息学技能

第三部分 新一代测序数据分析的具体应用

7转录组测序

7.1转录组测序的原理

7.2实验设计

7.2.1因子设计

7.2.2重复与随机化

7.2.3样本制备

7.2.4测序策略

7.3转录组测序数据分析

7.3.1数据质控与读段定位

7.3.2转录组测序数据的均一化

7.3.3差异表达基因的鉴定

7.3.4可变剪接分析

7.3.5转录组测序数据的可视化

7.3.6被识别基因的功能分析

7.4利用转录组测序发现新基因

8小RNA测序

8.1小RNA新一代测序数据生成和上游处理

8.1.1数据生成

8.1.2预处理

8.1.3定位

8.1.4小RNA的注释和预测

8.1.5均一化

8.2鉴别差异表达的小RNA

8.3已鉴定小RNA的功能分析

9用全基因组重测序方法分析基因型和发现基因组变异

9.1数据预处理、比对、再比对和再校准

9.2单碱基变异和indel检测

9.2.1 SNV检测

9.2.2新突变位点的检测

9.2.3 Indel检测

9.2.4转录组测序数据的变异检测

9.2.5变异检测格式文件

9.2.6评估VCF结果

9.3结构变异检测

9.3.1基于配对读段的SV检测

9.3.2断点的确定

9.3.3基于从头组装的SV检测

9.3.4 CNV检测

9.3.5综合SV分析

9.4检测变异的注释

9.5变异与疾病或性状关联的检验

10用新一代测序结果进行基因组从头组装

10.1从头组装的基因组因素与测序策略

10.1.1影响从头组装的基因组因素

10.1.2从头组装的测序策略

10.2重叠群的组装

10.2.1测序数据的预处理、错误修正与基因组特征的评估

10.2.2重叠群组装的算法

10.3组装骨架

10.4组装质量评估

10.5补齐缺口

10.6局限性与未来的发展

11用ChIP-Seq法对蛋白质-DNA互作定位

11.1 ChIP-Seq的原理

11.2实验设计

11.2.1实验对照

11.2.2测序深度

11.2.3重复

11.3读段定位、峰值确定与峰值可视化

11.3.1数据质控与读段定位

11.3.2峰值确定

11.3.3峰值可视化

11.4不同的结合点分析

11.5功能分析

11.6基序分析

11.7整合ChIP-Seq数据分析

12用新一代测序进行表观基因组学和DNA甲基化分析

12.1 DNA甲基化测序策略

12.1.1全基因组亚硫酸氢盐测序

12.1.2简化的亚硫酸氢盐测序

12.1.3基于甲基化DNA富集的甲基化测序

12.1.4区分胞嘧啶甲基化与亚硫酸氢盐测序中去甲基化产物

12.2 DNA甲基化测序数据分析

12.2.1数据质量控制和预处理

12.2.2读段定位

12.2.3 DNA甲基化的定量

12.2.4 DNA甲基化数据的可视化

12.3甲基化胞嘧啶位点及差异区域的检测

12.4数据检验、核实和解析

13用新一代测序进行宏基因组学研究

13.1实验设计与样本制备

13.1.1宏基因组样本采集

13.1.2宏基因组样本制备

13.2测序方法

13.3全基因组鸟枪法宏基因组测序数据分析

13.4测序数据的质控和预处理

13.5微生物群落的分类学特征

13.5.1宏基因组的组装

13.5.2序列的分bin

13.5.3在宏基因组序列中识别可读框和其他基因组元素

13.5.4系统遗传学标记分析

13.6 微生物群落的功能性特征

13.6.1基因功能注释

13.6.2代谢途径的重建

13.7比较宏基因组分析

13.7.1宏基因组测序数据均一化

13.7.2识别不同丰度的物种或操作分类单位

13.8 整合宏基因组数据分析管道

13.9宏基因组数据库

第四部分 发展中的新一代测序技术与数据分析

14新一代测序将走向何方？

14.1发展中的新一代测序

14.2高通量测序数据分析的生物信息学工具的快速涌现与变化

14.3 NGS分析管道的规范化与流程化

14.4并行计算

14.5云计算

参考文献

附录A新一代测序数据分析常用文件格式

附录B词汇表