基于遺傳算法的RNA二級(jí)結(jié)構(gòu)預(yù)測(cè)研究.pdf

1、核糖核酸RNA由生物基因轉(zhuǎn)錄產(chǎn)生。作為生物體內(nèi)的一類大分子，參與了各項(xiàng)基本生命活動(dòng)，如蛋白質(zhì)的合成。因此，清楚認(rèn)識(shí) RNA的分子功能，將有助于研究人員了解RNA與蛋白質(zhì)間的相互關(guān)系，從而了解和治療某些遺傳疾病。RNA分子功能由其結(jié)構(gòu)決定。RNA分子結(jié)構(gòu)由三級(jí)結(jié)構(gòu)組成：一級(jí)結(jié)構(gòu)、二級(jí)結(jié)構(gòu)、三級(jí)結(jié)構(gòu)，由于二級(jí)結(jié)構(gòu)介于一級(jí)結(jié)構(gòu)和三級(jí)結(jié)構(gòu)之間，存儲(chǔ)較多高級(jí)結(jié)構(gòu)信息，因此研究 RNA二級(jí)結(jié)構(gòu)成為生物信息學(xué)領(lǐng)域的重要研究問題之一。但是，鑒于 RNA

2、分子具有降解快、晶體難于獲得等特點(diǎn)，用實(shí)驗(yàn)的方法測(cè)定其結(jié)構(gòu)比較困難。因此，發(fā)展基于計(jì)算機(jī)算法的RNA二級(jí)結(jié)構(gòu)預(yù)測(cè)方法是一個(gè)行之有效的途徑。
　　利用計(jì)算機(jī)算法預(yù)測(cè)RNA二級(jí)結(jié)構(gòu)主要分為兩類基本方法：自由能最小技術(shù)和序列對(duì)比技術(shù)。其中序列對(duì)比技術(shù)因需要更多先驗(yàn)知識(shí)，導(dǎo)致算法不易推廣。自由能最小技術(shù)依據(jù)已有的熱力學(xué)模型，通過不斷向二級(jí)結(jié)構(gòu)中添加如堿基配對(duì)、凸環(huán)、內(nèi)環(huán)等各類基本結(jié)構(gòu)，使得其自由能最小化，從而預(yù)測(cè)到最穩(wěn)定的RNA二級(jí)結(jié)構(gòu)，

3、該方式簡(jiǎn)單易行，得到了大力推廣，其中遺傳算法因具有高度并行性，可有效降低某些不可逆操作帶來的負(fù)面影響，被認(rèn)為更適用于利用該類技術(shù)預(yù)測(cè)RNA二級(jí)結(jié)構(gòu)。在利用遺傳算法設(shè)計(jì)RNA二級(jí)結(jié)構(gòu)預(yù)測(cè)算法時(shí)，需要解決兩類重要問題即選擇壓力和種群多樣性問題。選擇壓力有利于引導(dǎo)算法利用適應(yīng)度標(biāo)準(zhǔn)更多的開發(fā)新個(gè)體，使得更多優(yōu)秀的個(gè)體參與到迭代之中；而種群多樣性是種群進(jìn)化的基礎(chǔ)。然而，若過分強(qiáng)調(diào)選擇壓力將在幫助算法快速收斂的同時(shí)，導(dǎo)致種群因喪失多樣性而早熟；反

4、之，若一味地為獲取最優(yōu)個(gè)體而維持種群多樣性，將會(huì)因選擇壓力過小而導(dǎo)致算法收斂速度降低。因此，為平衡兩者的關(guān)系，本文提出一個(gè)基于禁忌遺傳算法的RNA二級(jí)結(jié)構(gòu)預(yù)測(cè)方法(Tabu Genetic Algorithm based RNA secondary structure prediction，TGARNA)，給出莖區(qū)相容性檢測(cè)方法以改善種群性能，將禁忌思想融入遺傳操作以防止近親繁殖，保持種群多樣性。
　　本文主要內(nèi)容包括以下幾個(gè)方面