基于卷积神经网络的大肠杆菌启动子预测

目的 基于位点特异性打分矩阵（position-specific scoring matrices,PSSM）的预测模型已经取得了良好的效果,基于PSSM的各种优化方法也在不断发展,但准确率相对较低,为了进一步提高预测准确率,本文基于卷积神经网络（convolutional neural networks,CNN）算法做了进一步研究。方法 采用PSSM将启动子序列处理成数值矩阵,通过CNN算法进行分类。大肠杆菌K-12（Escherichia coli K-12,E.coli K-12,下文简称大肠杆菌）的Sigma38、Sigma54和Sigma70 3种启动子序列被作为正集,编码（Coding）区和非编码（Non-coding）区的序列为负集。结果 在预测大肠杆菌启动子的二分类中,准确率达到99%,启动子预测的成功率接近100%;在对Sigma38、Sigma54、Sigma70 3种启动子的三分类中,预测准确率为98%,并且针对每一种序列的预测准确率均可以达到98%以上。最后,本文以Sigma38、Sigma54、Sigma70 3种启动子分别和Coding区或者Non-coding区序列做四分类,预测得到的准确性为0.98,对3种Sigma启动子均衡样本的十交叉检验预测精度均可以达到0.95以上,海明距离为0.016,Kappa系数为0.97。结论 相较于支持向量机（support vector machine,SVM）等其他分类算法,CNN分类算法更具优势,并且基于CNN的分类优势,编码方式亦可以得到简化。     

低维输入空间的支持向量机识别人类剪接位点

真核生物剪接位点的识别作为基因阵构成的向量来表示序列,用支持向量机在六维向量空间中寻找最优超平面,从而将真实的剪接位点和虚假的剪接位点进行分类.计算结果表明,利用这样的算法预测人类的剪接位点,有较好的预测效果.与其他的一些算法相比,表现出参数少,精度高等优点.     

基于离散增量结合支持向量机方法的凋亡蛋白亚细胞位置预测

根据凋亡蛋白的亚细胞位置主要决定于它的氨基酸序列这一观点,基于局部氨基酸序列的n肽组分和序列的亲疏水性分布信息,采用离散增量结合支持向量机(ID_SVM)算法,对六类细胞凋亡蛋白的亚细胞位置进行预测。结果表明,在Re-substitution检验和Jackknife检验下,ID_SVM算法的总体预测成功率分别达到了94.6%和84.2%;在5-fold检验和10-fold检验下,其总体预测成功率也都达到了83%以上。通过比较ID和ID_SVM两种方法的预测能力发现,结合了支持向量机的离散增量算法能够改进预测成功率,结果表明ID_SVM是预测凋亡蛋白亚细胞位置的一种很有效的方法。     

用支持向量机预测人类基因5''''/3''''选择性剪切位点

选择性剪切是调解基因表达的重要机制.识别选择性剪切位点是后基因组时代的一个重要工作.本文从最新的EBI人类基因选择性剪切数据库中,选取5＇/3＇选择性剪切位点作为正集,选取在剪切位点附近的假剪切位点作为负集,并把所有的选择性剪切位点和假剪切位点随机分成训练集和测试集.本文选用的预测选择性剪切位点的方法是基于位置权重矩阵和离散增量的支持向量机方法.此方法仅基于训练集,以不同位点的单碱基概率和序列片断的三联体频数作为信息参数,利用位置权重矩阵和离散增量算法结合支持向量机,得到了选择性供体位点和受体位点的分类器,并用此分类器对测试集中的选择性供体位点和受体位点进行预测.对独立测试集中的选择性供体位点和选择性受体位点的预测成功率分别为88.74%和90.86%,特异性分别为85.62%和81.19%.本文预测选择性剪切位点的方法成功率高于其它选择性剪切位点预测方法预测成功率,此预测方法进一步提高了对选择性剪切位点的理论预测能力.     

用支持向量机预测人类基因5’／3’选择性剪切位点

选择性剪切是调解基因表达的重要机制.识别选择性剪切位点是后基因组时代的一个重要工作.本文从最新的EBI人类基因选择性剪切数据库中,选取5＇/3＇选择性剪切位点作为正集,选取在剪切位点附近的假剪切位点作为负集,并把所有的选择性剪切位点和假剪切位点随机分成训练集和测试集.本文选用的预测选择性剪切位点的方法是基于位置权重矩阵和离散增量的支持向量机方法.此方法仅基于训练集,以不同位点的单碱基概率和序列片断的三联体频数作为信息参数,利用位置权重矩阵和离散增量算法结合支持向量机,得到了选择性供体位点和受体位点的分类器,并用此分类器对测试集中的选择性供体位点和受体位点进行预测.对独立测试集中的选择性供体位点和选择性受体位点的预测成功率分别为88.74%和90.86%,特异性分别为85.62%和81.19%.本文预测选择性剪切位点的方法成功率高于其它选择性剪切位点预测方法预测成功率,此预测方法进一步提高了对选择性剪切位点的理论预测能力.     

基于Blast-GO的蛋白质亚线粒体定位预测

本文建立了一个最新的蛋白质亚线粒体定位数据集,包含4个亚线粒体定位的1 293条序列,结合基因本体(GO)信息和同源信息对线粒体蛋白质进行特征提取,利用支持向量机算法建立分类器,经Jackknife检验,对于4个亚线粒体位置的总体预测准确率为93.27%,其中3个亚线粒体位置的总体预测准确率为94.73%.