新型表示模式下的DNA序列和RNA二級(jí)結(jié)構(gòu)分析方法研究.pdf

1、隨著人類(lèi)基因組計(jì)劃的開(kāi)展,以及對(duì)各種序列、結(jié)構(gòu)和功能的研究,產(chǎn)生了龐大的生物數(shù)據(jù)。對(duì)這些生物數(shù)據(jù)進(jìn)行科學(xué)的分析、處理推動(dòng)了生物信息學(xué)的發(fā)展。序列和結(jié)構(gòu)的相似性分析是生物信息學(xué)的基礎(chǔ),通過(guò)相似性分析獲得的大量的序列或結(jié)構(gòu)信息可以用來(lái)推斷基因的結(jié)構(gòu)、功能和進(jìn)化關(guān)系,因此生物序列或結(jié)構(gòu)分析研究已成為生物信息學(xué)領(lǐng)域中一個(gè)非常重要的研究課題。序列和結(jié)構(gòu)的分析主要包括相似性分析、突變分析、進(jìn)化分析和功能分析。而突變分析、進(jìn)化分析和功能分析都是以序列

2、和結(jié)構(gòu)的相似性分析為基礎(chǔ)的,因此本文將基于DNA序列和RNA二級(jí)結(jié)構(gòu)的新型表達(dá)模式給出DNA序列和RNA二級(jí)結(jié)構(gòu)的相似性分析方法,進(jìn)而給出點(diǎn)突變分析和進(jìn)化樹(shù)構(gòu)建方法。
　　 論文在綜述了序列和結(jié)構(gòu)分析方法的研究現(xiàn)狀的基礎(chǔ)上,對(duì)基于雙核苷酸和編碼序列的圖形表示方法,RNA二級(jí)結(jié)構(gòu)的編碼方式,基于RNA二級(jí)結(jié)構(gòu)編碼序列的點(diǎn)突變分析和結(jié)構(gòu)比對(duì)方法,基于序列圖形表示的相似性分析方法和系統(tǒng)進(jìn)化樹(shù)構(gòu)建方法進(jìn)行了系統(tǒng)的研究,本文取得的研究成果

3、主要有:
　　 1.提出了一種基于核苷酸二聯(lián)體理化性質(zhì)的DNA序列的3D圖形表示,并給出基于圖形表示的序列相似性分析方法。堿基之間的相互作用對(duì)序列所決定的結(jié)構(gòu)和功能起著非常重要的作用。為了提供一種簡(jiǎn)單直接地展示序列信息的方法,本課題在分析了DNA序列的相鄰雙重核苷的性質(zhì)的基礎(chǔ)上,給出了一種DNA序列的3D曲線族表示方法,并基于幾何中心所構(gòu)建的協(xié)方差矩陣,給出了序列間非相似性的一種度量方式。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明,該方法能準(zhǔn)確地度量序列間的

4、相似性。準(zhǔn)確的相似距離矩陣的計(jì)算將有助于推斷物種之間的親緣關(guān)系,有助于找出各種物種之間特別是人類(lèi)與其他物種之間的聯(lián)系。并且以某種生物為研究對(duì)象來(lái)研究人類(lèi)的各種生理生化機(jī)理。
　　 2.提出了一種基于編碼方式的序列比較方法和序列相似性分析方法。根據(jù)DNA序列的編碼規(guī)則,本課題給出了解決序列比較中四個(gè)基本問(wèn)題的方法,同時(shí),基于編碼序列給出了一種DNA序列的3D表示,并進(jìn)行序列相似性分析。序列編碼方式簡(jiǎn)單直接地展示了序列信息,有助于更

5、好地實(shí)現(xiàn)突變分析可視化,從而推斷疾病發(fā)生的機(jī)理。序列的編碼方式也為序列比較提供了一種很好的數(shù)學(xué)模型,易于發(fā)現(xiàn)序列間的相似性和差異性,便于基因的檢測(cè)和基因功能區(qū)的預(yù)測(cè)。
　　 3.提出了一種RNA二級(jí)結(jié)構(gòu)的編碼方法,給出了基于編碼序列和異或操作的點(diǎn)突變分析和結(jié)構(gòu)比對(duì)方法。針對(duì)現(xiàn)有的RNA二級(jí)結(jié)構(gòu)預(yù)測(cè)和功能預(yù)測(cè)算法因多序列比對(duì)而具有魯棒性和結(jié)構(gòu)數(shù)不敏感等問(wèn)題,針對(duì)RNA二級(jí)結(jié)構(gòu)表示法中主要的高復(fù)雜性和退化問(wèn)題,本文分別給出了RNA二

6、級(jí)結(jié)構(gòu)一種簡(jiǎn)單和擴(kuò)展的編碼方式。該方式能很好地區(qū)分自由基和基對(duì),能區(qū)分含假結(jié)在內(nèi)的不同結(jié)構(gòu)類(lèi)。同時(shí),基于簡(jiǎn)單的三位編碼方式,給出了RNA二級(jí)結(jié)構(gòu)比較方法和點(diǎn)突變分析方法。基于擴(kuò)展的編碼方式,給出了一種新型的結(jié)構(gòu)比對(duì)方法,并通過(guò)實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證了該方法的有效性。
　　 4.分別提出了一種基于模糊聚類(lèi)的進(jìn)化樹(shù)構(gòu)建算法和基于最小生成樹(shù)算法的進(jìn)化樹(shù)構(gòu)建算法。本文分別以已獲得的相似性和非相似性矩陣為研究基礎(chǔ),給出了基于模糊聚類(lèi)的進(jìn)化樹(shù)構(gòu)建算法。該