基于支持向量机的细菌基因组水平转移基因预测

随着各种生物基因组序列测定工作的完成,大量的DNA序列数据涌现出来,为研究在基因组中寻找水平转移基因提供了极大的便利.将基因序列特征分析和支持向量机技术结合起来,通过分析基因序列的特征差异发现水平转移基因.依据以前研究工作的基础,选取了绝对密码子使用频率(FCU)作为序列特征,主要因为它既包含了基因密码子使用偏性的信息,也包含了基因所编码蛋白的氨基酸组成信息,支持向量机利用这些信息进行水平转移基因分析和预测,可以提高预测的准确性.另外,提出了基于分链的水平转移基因预测新方法,即将细菌基因组前导链和滞后链上的基因区别对待,分别进行水平转移基因预测.结果显示,基本预测方法要优于目前预测结果最好的Tsirigos等提出的基于八联核苷酸频率的打分算法,命中率的相对提高率最高达31.47%,而基于分链的方法对水平转移基因的预测取得了更好的结果.     

信号处理技术在生物分子序列分析中的应用

信号处理技术在生物分子序列分析中的应用主要包括周期分析、基因预测、相似和重复序列分析、蛋白质分子结构预测等。涉及的技术方法有：Fourier变换、小波变换、相关分析、分形技术、非线性信号处理技术等。本文将全面回顾这些应用。     

SARS病毒与其他冠状病毒的基因组比较

本文利用生物信息学方法比较SARS病毒和其他冠状病毒基因组.通过数据库搜索,找出与SARS病毒基因组相似的核酸或蛋白质序列,并对相似序列进行比对,分析它们的共性和差异.结果表明,SARS病毒在基因组的组织上及结构蛋白质方面与现有冠状病毒有比较大的相似性,SARS病毒基因组与冠状病毒基因组相关.但是,SARS病毒基因组还存在一些特异性序列,ORF1a和S蛋白(特别是S1)的变化以及SARS-CoV特异性的非结构蛋白可能是SARS发病机理与传染特性区别于其他冠状病毒的分子基础.在全基因组水平上进行核酸单词出现频率分析,结果表明,SARS病毒远离已知的其他冠状病毒,单独成为一类.     

核小体及染色质修饰的基因组分布模式和染色质状态

染色质是真核DNA的存在方式,可以通过影响DNA的可及性调节基因转录,其基本单元为核小体,系由约147 bp的DNA缠绕在组蛋白八联体上形成的结构,核小体之间以连接DNA相连．核小体组蛋白上能发生甲基化和乙酰化等化学修饰．核小体位置、DNA的甲基化和组蛋白的修饰等对染色质状态(常染色质或异染色质)及基因组之间的长程相互作用有重要影响．近年,基于高通量测序技术,核小体位置和染色质修饰在多种细胞中的基因组分布已被测定．结果显示,这些标记的分布模式具有位点特异、动态变化、相互偶联和高度复杂的特征．本文详细回顾并评述了核小体位置和染色质修饰的分布模式、对应生物学功能、修饰之间的关联、实验测定技术、染色质状态的计算分析等内容．该工作对于深入认识和理解染色质的表观遗传调节机制有重要意义．     

SARS病毒再测序DNA微阵列的探针设计

探针设计是SARS病毒再测序DNA微阵列制作的关键步骤,为了保证探针的杂交条件尽可能一致,采用了作者提出的两种等长变覆盖的探针设计方法,即基于Tm距离的算法和遗传算法。针对SAILS病毒基因组中的两段特异序列设计了一组探针,并与等长移位法和变长变覆盖法的设计结果进行了比较。等长变覆盖法得到的探针集在探针长度一致的情况下,探针的Tm值有较小的标准差和变化范围。结果表明,等长变覆盖法得到的探针具有更好的杂交条件一致性。     

dsDNA芯片的DNA结合蛋白质计算机模拟系统

dsDNA芯片(double-stranded DNA microarray)是用于DNA结合蛋白质表达研究的新技术,应用一种新的dsDNA芯片制作方法,研究了dsDNA探针设计,开发了相应的计算机模拟系统—DBP软件。可实现芯片上dsDNA探针的选取以及DNA结合蛋白质检测的实验过程模拟,功能包括模拟酶切、模拟电泳、模拟杂交等实验环节。DBP系统包括了可以不断完善的DNA结合蛋白质数据库。对研究dsDNA芯片,检测和分析在生物 体中DNA结合蛋白质的表达谱,揭示细胞的分化和凋亡、信号转导、DNA转录调控的分子机制有重要意义。     

利用序列比较寻找胰岛素基因表达启动区与DNA结合蛋白的结合位点

NDFl、IPFl和HNF4是与胰岛素基因表达有关的DNA结合蛋白,通过比较SWISSPROT蛋白质数据库中人类、小鼠、大鼠这三种核蛋白氨基酸一级序列、模体和结构域,发现其结构十分相似,根据蛋白质结构和功能的关系,推测这些DNA结合蛋白与胰岛素基因结合的核苷酸序列相似;从GenBanl(核酸数据库中获得人类、小鼠、大鼠胰岛素DNA序列,用ClustalW比较三者Promoter区的核苷酸序列,显示有一段核苷酸序列较为相似,同时搜索TRANSFAC基因转录数据库中NDFl、IPFl和NHF4蛋白核苷酸结合位点,发现核酸比对保守的部分序列与TRANSFAC数据库中这三个转录因子的DNA结合位点一致,另外一些核酸保守序列可能为其他未知DNA结合蛋白的结合位点。这种核酸序列比对设计为分子生物学实验寻找和验证胰岛素DNA结合蛋白与核苷酸的结合位点提供了简单而实用的方法。     

Hi-C的干细胞染色质多重相互作用特征分析

染色质高级结构是基因转录调节的重要因素,染色质多重相互作用是高级结构中的一种,是多个(≥3)染色质片段在空间上相互接触而形成的紧凑结构。为了解染色质多重相互作用这类高级结构的特征及其在干细胞中分化中起到的作用,通过对Hi-C数据进行相关分析并计算基因的FPKM表达量,研究了染色质多重相互作用。分析发现:多重相互作用约占所有作用的30%,包含近70%的基因;此类作用区域的高表达基因多于低表达基因;且与组蛋白乙酰化相关性高。在分化过程中,多重作用位点数目和比例减少;位于多重作用区域的基因的表达略有降低;组蛋白乙酰化(H3K27ac和H3K23ac)在多重作用区域的减弱,而组蛋白甲基化(H3K4me3和H3K27me3)倾向于增强。结果表明,染色质多重相互作用是一种广泛存在的染色质高级结构,在干细胞分化中有重要作用,此类结构多具有H3K27ac修饰,调节基因的表达。总之,染色质多重相互作用是一种重要的基因转录调节因素,在细胞分化中具有调控作用。     

生物信息学本科人才培养的调研与思考

近年来,生物信息学已经逐步发展成为现代生物学和医学等领域的关键技术方法,社会对生物信息学专业人才的需求不断扩大,生物信息学的本科教育也受到了越来越多的关注和重视。为了探索更加合理的人才培养模式、完善课程设置和教学计划,本文以中美两国开设生物信息学本科专业的高校为对象,分别选取一些代表高校并进行深入调研,对比分析课程设置和人才培养现状。结果显示,生物信息学的跨学科性质在各高校中均得到一定体现,培养学生具有多元化的知识结构已经成为生物信息学人才培养的一项共识。同时,根据调研的结果,也对国内生物信息学本科教育提出一些启发与建议。     

蛋白质-核酸复合物界面氨基酸与核苷酸偏好性分析

蛋白质-核酸相互作用机制到目前还不是很清楚,尤其是蛋白质与RNA的相互作用。目前,可得到的蛋白质-核酸复合物结构数据不断增多,作者收集了Protein Data Bank数据库中所有的蛋白质-核酸复合物结构数据,对复合物中结合残基和结合核苷酸的偏好性进行了统计分析。发现：1）不同功能的蛋白质-核酸复合物间的结合残基数量存在显著差异;2）在蛋白 质-DNA和蛋白质-RNA复合物界面,碱性氨基酸都是最受欢迎的;3）氨基酸的极性大小及方向在决定它是否与RNA分子进行结合时起到重要的作用,同时发现氨基酸侧链形成的空间位阻会影响氨基酸残基与RNA分子的相互作用;4）随着定义结合残基距离阈值的增大,其氨基酸使用的特异性降低,而受欢迎与不受欢迎的氨基酸种类均没有变化。