鸟类基因组核苷酸频数的进化模型

鸟类是四足类动物中最丰富的一类脊椎动物,本研究以12种鸟类的全基因组核苷酸序列数据为研究对象,建立核苷酸频数进化方程,研究了鸟类基因组核苷酸频数的进化机制和规律。通过拟合基因组数据确定了方程中的进化惯性参数、耗散参数和环境参数,估算出进化速率,得到了基因组长度随时间的演化曲线,解出了基因组在短时间内快速增加,信息快速积累,然后进入进化停滞阶段,核苷酸频数不再明显变化。本研究的方法为定量研究鸟类和一般物种的进化提供了新的思路。     

使用估计的反应自由能预测组成性和可变剪接位点

基因结构预测中的一个重要步骤是精确地识别剪接位点。基于剪接反应的基本物理原则,最大信息原理被应用到剪接反应的理论分析中,进而导出了反应自由能估计表达式。作为一个简化模型,这个表达式能被用来估计一个5′剪接区或者3′剪接区所参与的剪接反应中的自由能变化。它不但较全面地概括了各个碱基之间的关联,而且还考虑了基因组背景概率的影响。这个反应自由能表达式被用来预测了人类基因中的组成性和可变剪接位点,预测结果是令人满意的,其预测能力比得上当前的一些流行方法。这说明最大信息原理可以作为研究某些核酸-蛋白质相互作用系统（如剪接反应）的理论出发点,导出的反应自由能表达式较好地符合了剪接反应过程。     

核酸-蛋白质结合能在剪切位点识别中的应用

把最大信息原理应用到核酸序列的保守位点分析中。利用最大信息原理,推导出了核酸和蛋白质特异性结合时的结合能表达式,并且估计了和蛋白质发生相互作用的核酸序列上的位点范围。为了检验此理论是否较为成功地反映了核酸和蛋白质结合时的实际情况,把它应用到基因内含子剪切位点的识别中,识别结果达到了较高的敏感性和特异性,这说明利用最大信息原理推导结合能表达式及估计核酸序列上参与反应的位点范围的理论是较为成功的。此研究结果一方面有助于核酸和蛋白质相互作用的理解,另一方面,也有助于和蛋白质发生相互作用的各种核酸序列的计算机识别研究。     

多样性指标用于基因中剪切位点的识别

根据基因剪切位点处的碱基保守性特征,和附近位点的碱基组成和关联特征,应用多样性指标和二次判别分析,对几类模式生物的基因结构进行统一的分析和预测,能够较好地识别外显子和内含子及其边界.计算结果表明,对于4类物种,线虫(C.elegans),拟南芥(A.thaliana), 果蝇(D.melanogaster)和人类(human),核苷酸水平的识别精度为92.5%～97.1%,外显子水平的识别敏感性为83.7%～94.5%,特异性为87.8%～97.1%.预测能力优于GeneSplicer等剪切位点检测软件.     

人类基因组中可变和组成性剪接位点的预测

根据剪接位点的核酸序列保守特征,以及邻近位点的碱基组成和关联特性,结合一对可变剪接位点之间的距离参数和受体端剪接位点前30位碱基的GC和TC含量,利用结合多样性指标的二次判别方法（IDQD）,预测了人类基因组中可变和组成性内含子的供体端和受体端的剪接位点,对可变的供体端和受体端剪接位点,阈值ξ选择－2时,总的预测精度分别为87．9％和89．9％,对组成性的供体端和受体端剪接位点,阈值ξ选择－1,总的预测精度分别为92．8％和94.3％．