生物多样性信息学研究进展

生物多样性信息学是一门蓬勃发展的新学科。它将现代的信息技术带入生物多样性及其相关学科的研究领域。它在生物多样性基础数据的数字化、模型工具和各种工具软件的开发、数据整合, 以及全球、地区和国家尺度生物多样性信息网络等多个方面的发展, 向我们展示了未来在全球范围内自由、免费共享生物多样性数据和信息, 以及人们行动起来共同关注、调查与监测野外生物多样性的前景。目前, 已有大量数字化的物种编目、标本馆标本、多媒体影像、研究文献等生物多样性基础信息可以通过互联网检索和利用。其中, 最值得关注的是一些成功的国际性研究项目, 如物种2000、全球生物多样性信息网络、生命条形码以及网络生命大百科全书。这些项目的成功不仅体现在对大量基础信息和数据的发布, 而且它们通过与生物多样性信息标准TDWG(Biodiversity Information Standards: TDWG)的合作, 推动了达尔文核心标准(Darwin Core)等一些重要的生物多样性信息标准的应用, 以及地区和国家性生物多样性信息节点的建立, 这些都为将来全球范围生物多样性信息的共享和数据交换奠定了重要基础。在数字化信息的基础上, 研究人员也开发了一些在特定研究领域应用的数据挖掘和模型工具, 例如基于数字化标本的地理分布预测工具MAXENT, 分类学专家知识管理的LifeDesk。公民科学理念的发展则向我们展示了公众和科学爱好者广泛参与以互联网为基础的生物多样性信息学研究活动。因此, 生物多样性信息学的发展前景广阔, 它将为我们实现全球保护战略目标, 应对生物多样性危机, 解决全球气候变化条件下生物多样性资源管理和利用建立坚实的信息基础。     

我国生物信息产业的现状及问题分析

针对我国生物信息产业的现状及存在的问题进行分析,介绍了生物信息学以及生物芯片研究的现状和新技术、生物信息产业的发展,并对生物信息产业的知识产权保护问题进行了分析和讨论。对于今后如何发展我国生物信息产业以及如何采取策略和措施提供参考。     

生物标志物及其在生态系统研究中的应用

生物标志物是环境和地质体中记载着原始生物母质分子结构信息的有机化合物, 其含量可以指征特定生物来源对天然有机质的相对贡献, 其组成和同位素信息还可以记录有机质的转化及环境信息。与传统元素及组分分析相比, 生物标志物为研究天然有机质的来源、动态变化和转化特征提供了具有高度专一性和灵敏度的工具, 因此, 近年来被广泛地应用于生态学和生物地球化学研究中。特别是, 与生态系统观测以及控制实验相结合, 生物标志物在揭示微生物的活性与碳源变化、土壤有机碳的稳定机制及其对全球变化的响应等方面显示了广阔的应用前景。近些年开发的生物标志物单体同位素分析也在生态系统碳氮周转与食物网研究等方面显示了巨大的研究潜力。基于此, 该文综述了生态系统研究中常用的生物标志物的种类、分析方法和应用方向, 总结了生物标志物研究目前存在的问题, 并对未来的研究方向进行了展望, 旨在为使用生物标志物的生态学和环境科学研究者提供参考。     

数据挖掘在生物信息学中的应用

借助各种应用数学和计算机技术 ,将大量积累并急需处理的生物信息数据利用起来 ,探索生物信息中的规律 ,是当前国内国际生物信息学研究的热点和重点。其中数据挖掘技术在生物信息研究中发挥着巨大的作用。     

生物数据标准化研究进展

随着生物测序技术的快速发展,积累了海量的生物数据。生物数据资源作为生物分析研究及应用的核心和源头,为保证数据的正确性、可用性和安全性,对生物数据资源进行标准化的管理非常重要和迫切。本文综述了目前国内外生物数据标准化研制进展,目前国内外对生物数据缺少一个总体的规划,生物数据语义存在大量的不兼容性,数据格式多种多样,在生物数据收集、处理、存储和共享等方面缺乏统一的标准。国内外生物数据标准化处于起步阶段,但各国生物专家都在努力进行标准研制工作。文章最后从生物数据术语、生物数据资源收集、处理和交换、存储、生物数据库建设和生物数据伦理规范等方面出发,对标准研制工作进行一一探讨,期望能为生物数据标准制定提供一定的参考和依据。     

生物毒素检测方法及标准物质研究进展

生物毒素是一类重要的生物来源的活性物质,其生物毒性和活性使得其成为公共安全和药物研发关注的热点。基于质谱、生物传感器等的新型分析技术极大地提高了分析的灵敏度、特异性和准确度,在生物毒素检测中发挥着越来越重要的作用。生物毒素标准物质是保证生物毒素定量检测结果准确、可比和可溯源的重要物质基础,对其迫切的需求使得各国都在研发急需的生物毒素标准物质。现对近年生物毒素检测方法及标准物质的研究现状进行了综述。     

生物标志物及其在生态系统研究中的应用

生物标志物是环境和地质体中记载着原始生物母质分子结构信息的有机化合物,其含量可以指征特定生物来源对天然有机质的相对贡献,其组成和同位素信息还可以记录有机质的转化及环境信息。与传统元素及组分分析相比,生物标志物为研究天然有机质的来源、动态变化和转化特征提供了具有高度专一性和灵敏度的工具,因此,近年来被广泛地应用于生态学和生物地球化学研究中。特别是,与生态系统观测以及控制实验相结合,生物标志物在揭示微生物的活性与碳源变化、土壤有机碳的稳定机制及其对全球变化的响应等方面显示了广阔的应用前景。近些年开发的生物标志物单体同位素分析也在生态系统碳氮周转与食物网研究等方面显示了巨大的研究潜力。基于此,该文综述了生态系统研究中常用的生物标志物的种类、分析方法和应用方向,总结了生物标志物研究目前存在的问题,并对未来的研究方向进行了展望,旨在为使用生物标志物的生态学和环境科学研究者提供参考。     

我国生物多样性保护标准体系现状、问题与建议

目前我国生物多样性保护标准体系还不完善, 尚不能满足生物多样性保护工作的现实需求。为了提升我国生物多样性保护标准化水平, 本文根据《生物多样性公约》确立的“保护生物多样性、可持续利用其组成部分以及公平合理分享由利用遗传资源而产生的惠益” 3大目标, 围绕生态系统、物种、基因3个层次, 以现行有效的国家标准和行业标准为研究基础, 采用相关关键词检索现有生物多样性保护标准形成标准清单(共包含1,032项标准), 并以此标准清单为研究对象, 深入分析我国生物多样性保护标准体系。本研究发现我国生物多样性保护标准体系的现状主要是分行业管理、基本覆盖各主要任务、涵盖多类别, 但仍存在标准间缺乏系统性和完整性、标准规范质量不高且使用率低, 与国际标准衔接不够的问题。以现行生物多样性保护标准体系存在的问题为切入点, 围绕生物多样性保护的主要任务和职责定位, 提出了我国生物多样性标准体系三维结构框架(包含行业、任务和类别3个维度)的构建设想。最后, 本文从筹建全国生物多样性保护标准化技术委员会、及时开展标准制修订工作、加强科学技术支撑、推动我国标准与国际标准接轨4个面提出了相关建议, 以期为建设更加先进适用的生物多样性保护标准体系提供参考。     

遥感在生物多样性研究中的应用进展

随着人口的持续增长, 人类经济活动对自然资源的利用强度不断升级以及全球气候变暖, 全球物种正以前所未有的速度丧失, 生物多样性成为了全球关注的热点问题。传统生物多样性研究以地面调查方法为主, 重点关注物种或样地水平, 但无法满足景观尺度、区域尺度以及全球尺度的生物多样性保护和评估需求。遥感作为获取生物多样性信息的另一种手段, 近年来在生物多样性领域发展迅速, 其覆盖广、序列性以及可重复性等特点使之在大尺度生物多样性监测和制图以及评估方面具有极大优势。本文主要通过文献收集整理, 从观测手段、研究尺度、观测对象和生物多样性关注点等方面综述了遥感在生物多样性研究中的应用现状, 重点分析不同遥感平台的技术优势和局限性, 并探讨了未来遥感在生物多样性研究的应用趋势。遥感平台按观测高度可分为近地面遥感、航空遥感和卫星遥感, 能够获取样地-景观-区域-洲际-全球尺度的生物多样性信息。星载平台在生物多样性研究中应用最多, 航空遥感的应用研究偏少主要受飞行成本限制。近地面遥感作为一个新兴平台, 能够直接观测到物种的个体, 获取生物多样性关注的物种和种群信息, 是未来遥感在生物多样性应用中的发展方向。虽然遥感技术在生物多样性研究中的应用存在一定的局限性, 未来随着传感器发展和多源数据融合技术的完善, 遥感能更好地从多个尺度、全方位地服务于生物多样性保护和评估。     

金融支持生物多样性保护: 全球实践及政策启示

生物多样性丧失带来的社会经济和金融风险, 以及金融机构在生物多样性保护融资方面发挥的重要作用已经在全球范围内形成广泛共识。本文聚焦各国近年来在金融支持生物多样性领域的实践探索, 重点从国家和区域层面金融产品的创新实践总结了各国的先进实践经验, 并提出全球金融机构参与生物多样性保护的未来发展趋势。由于目前中国金融支持生物多样性保护普遍存在国家层面相关规范和指导不足、金融机构生物多样性风险防控意识缺乏、相关金融产品不足、生物多样性风险评估方法不成熟、信息披露机制不完善等问题与短板, 本文提出我国金融机构参与生物多样性保护的多元化支持路径和建议: 全面推进生物多样性保护纳入绿色金融标准体系, 制定相关政策引导金融机构创新生物多样性友好型金融产品, 加快开发生物多样性影响的评估工具, 完善企业和金融机构生物多样性信息披露制度。     

Metabolomics technology and bioinformatics

Metabolomics is the global analysis of all or a large number of cellular metabolites. Like other functional genomics research, metabolomics generates large amounts of data. Handling, processing and analysis of this data is a clear challenge and requires specialized mathematical, statistical and bioinformatics tools. Metabolomics needs for bioinformatics span through data and information management, raw analytical data processing, metabolomics standards and ontology, statistical analysis and data mining, data integration and mathematical modelling of metabolic networks within a framework of systems biology. The major approaches in metabolomics, along with the modern analytical tools used for data generation, are reviewed in the context of these specific bioinformatics needs.     

生命与健康大数据中心资源

生命与健康多组学数据是生命科学研究和生物医学技术发展的重要基础。然而,我国缺乏生物数据管理和共享平台,不但无法满足国内日益增长的生物医学及相关学科领域的研究发展需求,而且严重制约我国生物大数据整合共享与转化利用。鉴于此,中国科学院北京基因组研究所于2016年初成立生命与健康大数据中心(BIG Data Center, BIGD),围绕国家人口健康和重要战略生物资源,建立生物大数据管理平台和多组学数据资源体系。本文重点介绍BIGD的生命与健康大数据资源系统,主要包括组学原始数据归档库、基因组数据库、基因组变异数据库、基因表达数据库、甲基化数据库、生物信息工具库和生命科学维基知识库,提供生物大数据汇交、整合与共享服务,为促进我国生命科学数据管理、推动国家生物信息中心建设奠定重要基础。     

Bioinformatics: harvesting information for plant and crop science

Bioinformatics is an integral aspect of plant and crop science research. Developments in data management and analytical software are reviewed with an emphasis on applications in functional genomics. This includes information resources for Arabidopsis and crop species, and tools available for analysis and visualisation of comparative genomic data. Approaches used to explore relationships between plant genes and expressed sequences are compared, including use of ontologies. The impact of bioinformatics in forward and reverse genetics is described, together with the potential from data mining. The role of bioinformatics is explored in the wider context of plant and crop science.     

Bioinformatics

Bioinformatics is an interdisciplinary field that blends computer science and biostatistics with biological and biomedical sciences such as biochemistry, cell biology, developmental biology, genetics, genomics, and physiology. An important goal of bioinformatics is to facilitate the management, analysis, and interpretation of data from biological experiments and observational studies. The goal of this review is to introduce some of the important concepts in bioinformatics that must be considered when planning and executing a modern biological research study. We review database resources as well as data mining software tools.     

生物信息学软件研究的可视化分析

以Web of Science数据库为数据来源,利用Cite Space和UCINET软件对发表在Nucleic Acids Research期刊上有关生物信息学软件研究的文献做了可视化分析,揭示了该领域的研究力量、作者团队与高被引作者、知识基础、期刊分布、研究热点与前沿,为生物信息学软件的研究和发展提供必要的参考依据。     

生态资产评估及管理研究进展

生态资产是生态系统的自然资源属性和生态系统服务属性的综合体现,为人类社会可持续发展提供着基础支撑。如何准确评估生态资产状况和正确计量生态资产变化,实现生态资产的科学管理和合理使用,是实现人类社会可持续发展目标所需要解决的关键问题之一。对生态资产评估与管理的国外研究进行了系统梳理,提出了今后一段时期的研究重点。在生态资产内涵方面,尽管前期国内外学者理解有所不同,随着认知水平的不断发展,国内对生态资产的理解逐渐趋同于国外。在研究内容方面,生态资产评估与度量、核算与账户管理、服务于人类福祉和可持续发展等方面是研究的核心内容及热点领域,取得积极进展但也存在一些不足,特别是包括自然资源类和生态系统服务类的生态资产综合评估模型方面。今后需要加强基于自然生态系统的双重属性强化生态资产内涵研究和重要性认知研究,全要素生态资产评估方法及全流程核算与权衡管理研究。在我国,需要加强生态资产核算的基础标准、规范账户管理及应用体系研究。     

Relax with CouchDB--into the non-relational DBMS era of bioinformatics

With the proliferation of high-throughput technologies, genome-level data analysis has become common in molecular biology. Bioinformaticians are developing extensive resources to annotate and mine biological features from high-throughput data. The underlying database management systems for most bioinformatics software are based on a relational model. Modern non-relational databases offer an alternative that has flexibility, scalability, and a non-rigid design schema. Moreover, with an accelerated development pace, non-relational databases like CouchDB can be ideal tools to construct bioinformatics utilities. We describe CouchDB by presenting three new bioinformatics resources: (a) geneSmash, which collates data from bioinformatics resources and provides automated gene-centric annotations, (b) drugBase, a database of drug-target interactions with a web interface powered by geneSmash, and (c) HapMap-CN, which provides a web interface to query copy number variations from three SNP-chip HapMap datasets. In addition to the web sites, all three systems can be accessed programmatically via web services.     

Open source tools and toolkits for bioinformatics: significance, and where are we?

This review summarizes important work in open-source bioinformatics software that has occurred over the past couple of years. The survey is intended to illustrate how programs and toolkits whose source code has been developed or released under an Open Source license have changed informatics-heavy areas of life science research. Rather than creating a comprehensive list of all tools developed over the last 2-3 years, we use a few selected projects encompassing toolkit libraries, analysis tools, data analysis environments and interoperability standards to show how freely available and modifiable open-source software can serve as the foundation for building important applications, analysis workflows and resources.