基于局部茎搜索的RNA二级结构预测算法

RNA的二级结构预测是生物信息学中一个已经有30多年历史的经典问题,基于最小自由能模型(MFE)的优化算法是使用最为广泛的方法．但RNA结构中假结的存在使MFE问题理论上成为一个NP-hard问题,即使采用动态规划等优化算法也会面临时间复杂度高的困难,同时研究还发现,由于受RNA折叠动力学机制以及环境因素的影响,真实的RNA二级结构往往并不处于自由能最小状态．根据RNA折叠的特点,提出了一种启发式搜索算法来预测带假结的RNA二级结构．该算法以RNA的茎为基本单元,采用启发式搜索策略在茎的组合空间中搜索自由能最小并且出现频率最高的RNA二级结构,该算法不仅能显著降低搜索RNA二级结构的时间复杂度,还有助于弥补单纯依赖能量预测RNA二级结构的不足．在多种类型的RNA标准数据集上进行了检验,结果表明,该算法在预测的精度上优于目前国际上几个著名的RNA二级结构预测算法并且具有较高的运行效率．     

羌活与宽叶羌活的群体遗传结构和种间分化研究

为了合理利用羌活和宽叶羌活的药用植物资源,同时保护其物种多样性,该研究利用SSR分子标记技术对羌活与宽叶羌活邻域及异域分布的23个自然种群,共计227个个体进行多样性和种间分化研究。结果显示:(1)两个物种具有中等水平的遗传多样性;羌活的平均等位基因数(N_a)、有效等位基因数(N_e)和期望杂合度(H_e)分别为2.603、1.777和0.313,均高于宽叶羌活(分别为2.200、1.641和0.308)。(2)分子方差分析表明,两个物种的遗传变异主要存在于群体内,羌活和宽叶羌活群体间分化系数分别为0.181和0.191。(3)Structure聚类分析和主坐标分析(PCoA)将所有取样个体分为两大遗传组分,分别对应于羌活和宽叶羌活两个物种,二者间存在着有限的基因交流。研究表明,羌活与宽叶羌活物种间存在较高程度的遗传分化,并且遗传变异主要源自群体内,应各自划分为不同的地理单元进行多样性保护。     

利用APSIM模型分析不同播期和耕作方式对旱地小麦籽粒干物质积累的影响

黄土丘陵区旱地小麦籽粒干物质积累的准确模拟可为调控小麦生产提供重要的技术支持。本研究利用甘肃省定西市安定区1971—2017年的气象资料和甘肃省定西市安定区凤翔镇安家沟村2016—2017年的大田试验数据,基于APSIM模型对旱地小麦籽粒干物质积累与分配进行模拟,并在模型验证的基础上,定量分析了播期和耕作方式对小麦籽粒干物质积累的影响。结果表明: 3个播期(早播、正常播、晚播)和4种耕作方式(传统耕作、传统耕作+覆盖、免耕、免耕+覆盖)下,籽粒干物质模拟值与实测值间的均方根误差(RMSE)为57.5～143.1 kg·hm^-2,归一化均方根误差(NRMSE)为1.4%～9.9%,模型模拟精度较高。不同播期下,耕作方式对籽粒干物质积累的促进效果排序均表现为: 免耕+覆盖>传统耕作+覆盖>免耕>传统耕作,免耕+覆盖最有利于小麦籽粒干物质积累,而免耕与传统耕作差异不显著。不同耕作方式下,小麦干物质积累过程均表现为早播好于正常播和晚播,晚播对干物质积累的影响较大,积累过程最不理想。     

Illumina-Solexa测序数据质量评估系统的构建

目的：针对下一代测序数据量大、序列长度短的特点,研究数据分析和质量评估方法。方法：选择已发布的Illumina-Solexa平台测序数据为研究对象,通过MAQ软件将测序数据与人类全基因组序列进行比对,并以外显子区域为例,在位点水平对测序数据质量进行评估。结果：结合已有软件系统和本文自创线性算法,建立了一套包括比对、拼接在内的测序数据质量评估系统。比对分析后,发现原始测序序列共覆盖了127,113,378个位点,涉及24条染色体上的64868个外显子。其中,每个位点都被测到的外显子为0.50%,位点平均测序深度大于等于1的外显子为3.98%。结论：成功构建了基于Illumina-Solexa测序平台的数据分析和质量评估方法,其可适用于其它第二代测序平台。研究者可在质量评估的基础上完善测序试验设计,并进行SNP和突变筛选及后续功能性研究。     

基于耦合双向聚类技术的DLBCL异质性分析

基因芯片技术为疾病异质性研究提供了有力的工具。当前基于传统聚类分析的方法一般利用芯片上大量基因作为特征来发现疾病的亚型, 因此它们没有考虑到特征中包含的大量无关基因会掩盖有意义的疾病样本的分割。为了避免这个缺点, 提出了基于耦合双向聚类的异质性分析方法(Heterogeneous Analysis Based on Coupled Two-Way Clustering, HCTWC)来搜索有意义的基因簇以便发现样本的内在分割。该方法被应用于弥漫性大B细胞淋巴瘤(diffuse large B-cell lymphoma DLBCL)芯片数据集, 通过识别的基因簇作为特征对DLBCL样本聚类发现生存期分别为55%和25%的两类DLBCL亚型(P<0.05), 因此, HCTWC方法在解决疾病异质性是有效的。     

昆虫RNA-Seq数据的分析流程

随着高通量RNA测序(RNA-Seq)技术的发展和测序成本迅速下降,RNA-Seq技术已经成为生物学研究的重要工具,为生物学家全面地了解和研究转录组提供了机遇。高通量测序具有读长短、存在一定比例的测序错误、数据量大等特点,因此RNA-Seq数据分析与基因组分析和传统的EST数据分析有所不同。本文通过介绍不同的测序平台、原始数据产生和低质量数据过滤的计算流程,对短序列比对、转录组拼接、功能注释、以及差异表达分析进行了研究和分析,最后对RNA-Seq在昆虫学研究中的应用进行了综述,并对RNA-Seq技术进行了总结和展望。     

DDT降解菌株Chryseobacterium sp. PYR2对小麦的促生作用及其机理

【背景】前期结果表明,DDT降解菌株Chryseobacterium sp. PYR2可高效去除土壤中的DDT等污染物,具有潜在的应用价值,但该菌对植物的影响尚不清楚。【目的】探讨菌株Chryseobacterium sp. PYR2对植物的促生作用及其机理,为后续开发DDT降解及植物促生双效功能菌剂提供理论依据。【方法】配制该菌株的不同梯度稀释菌悬液,用纸卷发芽法和盆栽法研究菌悬液对小麦种子萌发和植株生长的影响;Salkowski法测定PYR2合成吲哚-3-乙酸(Indole-3-acetic acid,IAA)量;单因素实验研究不同培养条件对菌株生长及IAA合成的影响;液相色谱-串联质谱-多反应监测(LC-MS/MS-MRM)方法分析IAA在PYR2菌体内的生物合成途径。【结果】PYR2菌悬液可明显提高小麦种子萌发率并促进小麦植株的生长,小麦的侧根数、株高、鲜重、干重等指标均明显提高。该作用是由于菌株PYR2可以合成植物生长激素IAA。最适IAA合成条件:温度30°C,pH 7.0-8.0,盐浓度0.5%,L-色氨酸50mg/L。代谢液中检测到色醇、色胺和吲哚-3-乙酰胺3种中间代谢产物,推测PYR2体内存在3条IAA合成途径,分别为吲哚-3-丙酮酸(IPy A)、TAM和IAM途径。【结论】菌株PYR2对小麦具有明显的促生效果,是由于其具有多条高效合成IAA的代谢途径,表明其在农药污染土壤的生物修复及作物种植中具有潜在的应用前景。     

光合性能选种法研究

生物良种的选择,历来是人类最关心的事,本文讨论的是植物的选种方法,我们在品质基本相同的几个品种中选择最优品种.这里最优品种指的就是产量最高者.植物的产量是由光合作用所产生的生物量,所以,光合性能强的物种常为最优品种.本文所介绍的选种方法,就是根据不同品种的光合性能的强弱来研究品种的优劣,而植物光合性能强弱可以通过植物的光合总量来确定.本文计算了三个猕猴桃品种的光合总量,其中光合总量最高者为最优品种（产量最高）,这与生产实践完全一致,所以光合性能选种法得到了生产实践的验证.     

基于三类特征融合的O-糖基化位点预测

糖基化是蛋白质翻译后的主要修饰,O-糖基化的固定模式未知,高精度识别O-糖基化位点是机器学习面临的挑战性问题.以迄今最大的人O-糖基化位点Steentoft数据集为基础,本文首次提出了基于位置的卡方差表特征χ~2-pos,融合伪氨基酸序列进化信息Pse PSSM以及无方向的k间隔氨基酸对组分Undirected-CKSAAP表征序列,构建5个正负样本均衡的支持向量机分类器,经加权投票,独立测试准确率、Matthew相关系数及ROC曲线下面积,分别达到了89.62%、0.79、0.96,明显优于文献报道结果.χ~2-pos、Pse PSSM与Undirected-CKSAAP三种特征的融合在蛋白质糖基化、磷酸化等位点预测中有广泛应用前景.     

冈比亚按蚊犬尿氨酸甲酰胺酶抑制剂的虚拟筛选

【目的】利用计算机模拟技术,对冈比亚按蚊Anopheles gambiae犬尿氨酸甲酰胺酶(kynurenine formamidase,KFase)的潜在抑制剂进行虚拟筛选,以获得可以削弱冈比亚按蚊作为中间宿主传播疟疾等蚊媒疾病的候选杀蚊剂。【方法】下载冈比亚按蚊KFase的氨基酸序列,通过BLAST方法查询不同物种中的同源蛋白质,并利用MEGA6最大似然法(maximum likelihood method)构建进化树,选择适于作为模板的同源蛋白黑腹果蝇Drosophila melanogaster KFase晶体结构(PDB ID:4E14),对冈比亚按蚊KFase进行三维建模。利用随机森林算法对小分子化合物数据库进行筛选,并对筛选结果进行处理,模拟自然条件下有机小分子与冈比亚按蚊KFase的结合以及分子对接,从而筛选出冈比亚按蚊KFase的潜在抑制剂。【结果】获得3个小分子化合物与冈比亚按蚊KFase结合的亲和能较低,分别是:N-(2,4-diketo-1H-pyrimidin-6-yl)-2-fluoro-benzamide;3-(4-fluorophenyl)-2,4-dioxo-1,2,3,4-tetrahydropyrimidine-5-carboxylic acid;N-(2-oxo-2,3-dihydro-1Himidazo[4,5-b]pyridin-5-yl)-succinamic acid。它们与冈比亚按蚊KFase结合的亲和能分别为:-9.0,-8.7和-8.9 kcal/mol。【结论】N-(2,4-diketo-1H-pyrimidin-6-yl)-2-fluoro-benzamide,N-(2-oxo-2,3-dihydro-1H-imidazo[4,5-b]pyridin-5-yl)-succinamic acid和3-(4-fluorophenyl)-2,4-dioxo-1,2,3,4-tetrahydropyrimidine-5-carboxylic acid是冈比亚按蚊犬尿氨酸甲酰胺酶的潜在竞争性抑制剂,这些化合物是否可作为杀蚊剂的候选化合物有待实验验证。