改进的系统发育谱算法在蛋白质功能注释中的应用

系统发育谱方法是目前研究较多的一种基于非同源性的生物大分子功能注释方法。针对现有算法存在的一些缺陷,从两个方面对该方法做了改进：一是构造基于权重的系统发育谱;二是采用改进的聚类算法对发育谱的相似性进行分析。从NCBI上下载100条Escherichia coli K12蛋白质作为实验数据,分别使用改进的算法和经典的层次聚类算法、K均值聚类算法对相似谱进行分析。结果显示,提出的改进算法在对相似谱聚类的精确度上明显优于后两种聚类算法。     

结合基因功能分类体系Gene Ontology筛选聚类特征基因

使用两套基因表达谱数据,按各基因的表达值方差,选择表达变异基因对样本聚类,发现一般使用方差较大的前10％的基因作为特征基因,就可以较好地对疾病样本聚类。对不同的疾病,包含聚类信息的特征基因有不同的分布特点。在此基础上,结合基因功能分类体系(Gene Ontology,GO),进一步筛选聚类的特征基因。通过检验在Gene Ontology中的每个功能类中的表达变异基因是否非随机地聚集,寻找疾病相关功能类,再根据相关功能类中的表达变异基因进行聚类分析。实验结果显示：结合基因功能体系进一步筛选表达变异基因作为聚类特征基因,可以保持或提高聚类准确性,并使得聚类结果具有明确的生物学意义。另外,发现了一些可能和淋巴瘤和白血病相关的基因。     

贝叶斯聚类在基因表达谱知识挖掘中的应用

在大规模基因表达谱的数据分析中引入了一种全新的基于贝叶斯模型的聚类算法,从生物学背景出发,研究了该算法应用在大规模基因表达谱中的理论基础和算法优越性,并应用该算法对两个公共的基因表达数据集进行了知识再挖掘。结果表明,与其他聚类算法相比,该算法在知识发现方面具有显著的优越性。挖掘出的生物学知识对该领域研究人员的实验设计也有一定的启发性。     

逐步聚类法及其应用

本文介绍了一种非等级分类方法——逐步聚类法,并将其应用于翅果油树灌丛的数量分类研究,结果表明：逐步聚类法实现最优分类的目标过程,是依样方组内具有最小的离差平方和。样方组间具有最大的离差平方和为标准,使样方组内具有最大的同质性,样方组间具有最大的异质性,其分类结果与实际情况吻合度较高;其次,逐步聚类法只需计算每个样方到该样方形心的距离,可缩短计算时间和节省计算机内存单元,提高工作效率。 与模糊c—均值聚类和TWINSPAN结果相比,逐步聚类的结果类似于模糊c—均值聚类,即样方组内具有较高的同质性;在不要求分类结果具有明显上下级关系的前提下,逐步聚类结果要优于TWINSPAN。     

基于统计建模的系统发育谱方法研究

系统发育谱算法作为一种有效的大规模基因组功能注释方法,已经被成功的应用到原核生物基因组的功能注释中去。通过对系统发育谱方法中的一个关键环节——相似谱的聚类进行分析,提出了一种基于统计建模的方法来对相似的系统发育谱进行聚类。实验表明,该方法在保证较高的覆盖率的同时,还有效的提高了算法的整体速度,且当参与建模的系统发育谱的数目越大时,算法的精确度越高。     

鳜类系统发育的线粒体Cytb基因全序列分析

测定了鳜、大眼鳜、斑鳜、暗鳜、波纹鳜、长体鳜、中国少鳞鳜等7种鳜类12个个体的线粒体细胞色素b基因全序列。结合GenBank中的同源序列,共分析了9种鳜类的系统发育关系。序列分析表明,鳜属鱼类属内种间的遗传距离(0.015～0.093)明显小于少鳞鳜属鱼类属内种间的遗传距离(0.152～0.178)。在分子系统发育树上,长体鳜与鳜属的鳜、大眼鳜、斑鳜、波纹鳜、暗鳜聚合成一分支,少鳞鳜属的种类聚成另一分支;支持将长体鳜归入鳜属,鳜类分为鳜属和少鳞鳜属等二个属的分类处理。在鳜属鱼类中,鳜和大眼鳜亲缘关系十分密切;斑鳜与波纹鳜亲缘较近;长体鳜与鳜属其它5个种的亲缘关系较远。在少鳞鳜属鱼类中,中国少鳞鳜和日本少鳞鳜的亲缘关系较远,韩国少鳞鳜的系统位置较不明确。鳜类的单系性及其鳜类的系统位置仍有待进一步研究。     

模糊聚类分析法及其在群落聚类分析中的应用

以不同种类蔬菜菜地节肢动物群落作为研究对象,介绍模糊聚类分析法在群落相似性分析中的应用。得到如下的结果：在建立模糊等价关系的基础上,根据不同的需要,当λ取０．８９９时,聚合成３个类群,当λ为０．８５２时,聚合成２个类群。而Ｆ－ＰＦＳ聚类分析法则根据群落在聚类类群之间或其中的散布情况,从所有的聚类结果中,选择最佳的聚类方案。本文材料的最佳的聚类结果为：把群落聚合成２类。类群１包括：菜心、小白菜、奶白菜、芥菜、芥兰、通菜、豇豆、四季豆上的节肢动物群落;类群２包括：藤菜与苋菜上节肢动物群落。     

模糊聚类分析法在昆虫杆状病毒分类中的应用

采用一种新的数学方法——模糊聚类分析法,对已知包涵体蛋白N-末端序列的10种昆虫杆状病毒进行分类,其结果与Fitch方法的结果完全一致。这种分类方法并不只是对各序列进行简单的类别划分,而且也表示了各类间相似的程度及在某一类内各序列间的进化关系。     

基于改进Spectrum的肠道菌群聚类算法研究

肠道菌群与诸多人类重大疾病相关,研究在不同条件下的肠道菌群数据具有重要意义。由于菌群数据出现零膨胀现象,采用成对比率几何平均值（GMPR）方法对其进行归一化。本研究以2型糖尿病数据集为例,提出一种改进的Spectrum算法。首先,使用基于特征加权的相似度矩阵,避免忽视每个样本/特征所对应的不同特征值大小在该样本中所占据的权重;其次,将拉普拉斯矩阵替换为Hessian矩阵,避免传统谱聚类的灵敏度问题,将ISODATA聚类算法代替原本的K-means算法,有效地调整聚类中心数K。试验结果表明,GMPR+改进Spectrum在2型糖尿病中的标准化互信息（NMI）为0.423,戴维森堡丁指数（DBI）为4.751,Calinski-Harabasz指标（CH）为25.541,兰德指数（RI）为0.835,调整兰德指数（ARI）为0.019,较改进前的效果有所提升,并且该算法可以识别出不同类型患病人群在肠道菌群上的结构差异,挖掘出肠道微生物组的关键细菌。     

线粒体细胞色素b基因在鱼类系统发育研究中的应用

阐述了线粒体Cytb基因在鱼类系统发育研究中的应用进展和方法步骤,分析了Cytb基因在研究中面临的问题并综合了相应的解决办法。     

基于遗传算法的基因表达数据的K-均值聚类分析

聚类算法在基因表达数据的分析处理过程中得到日益广泛的应用。本文通过把K-均值聚类算法引入到遗传算法中,结合基因微阵列的特点,来讨论一种基于遗传算法的K-均值聚类模型,目的是利用遗传算法的全局性来提高聚类算法找到全局最优的可能性,实验结果证明,该算法可以很好地解决某些基因表达数据的聚类分析问题。     

Copy Number of Ribosomal Operons in Prokaryotes and Its Effect on Phylogenetic Analyses

Different aspects of the presence of multiple copies of ribosomal operons in prokaryotic genomes are reviewed. The structure of prokaryotic ribosomal operons is briefly described. The available data are summarized regarding the copy number of ribosomal genes in various prokaryotic genomes, the degree of polymorphism of their individual copies, and physiological and evolutional aspects of the presence of the multiple copies of ribosomal genes. The review also considers the influence of the presence of multiple copies of ribosomal genes on the results of identification of prokaryotic isolates and of the studies of prokaryotic diversity in environmental samples based on phylogenetic analysis of 16S rRNA gene sequences.     

部分苔藓植物叶绿体DNArbcL-a序列的亲缘关系分析

目的:利用rbcL-a序列对13种苔藓植物进行亲缘关系分析。方法:以毛地钱为外类群,利用ClustalX2.0和MEGA4.1软件对13种苔藓植物的rbcL-a基因序列进行比对和分析,构建分子系统树。结果:13种苔藓植物的rbcL-a序列长度在643bp～656bp之间,排序后总长度为661bp,其中变异位点54个,信息位点91个。遗传距离在0.019～0.144之间,平均遗传距离为0.073。利用MP法建立的系统树显示,13种苔藓植物分为3组。结论:序列分析结果与形态学结果一致,rbcL-a序列可用于苔藓植物的亲缘关系分析。     

萝卜全基因组中LBD基因家族成员的鉴定与分析

LBD基因家族是植物所特有的一类转录因子,在植物生长发育过程中起到非常重要的作用。本研究利用生物信息学方法,从萝卜基因组中鉴定出分布于9条染色体上的59个LBD基因。该家族成员结构比较简单,内含子数均不超过3个。萝卜LBD基因可分为两大类,分别包含50个和9个成员。它们在染色体上的分布不均匀,1号染色体上基因数目最多,有18个,而7号和8号染色体分别仅有1个LBD基因。对它们在不同组织和发育时期的表达模式研究发现,该基因家族具有一定的时空表达特异性,预测其参与萝卜不同的发育过程。本研究为萝卜LBD基因家族的功能分析奠定了基础。     

Phylogenetic trait conservatism and the evolution of functional trade-offs in arbuscular mycorrhizal fungi

The diversity of functional and life-history traits of organisms depends on adaptation as well as the legacy of shared ancestry. Although the evolution of traits in macro-organisms is well studied, relatively little is known about character evolution in micro-organisms. Here, we surveyed an ancient and ecologically important group of microbial plant symbionts, the arbuscular mycorrhizal (AM) fungi, and tested hypotheses about the evolution of functional and life-history traits. Variation in the extent of root and soil colonization by AM fungi is constrained to a few nodes basal to the most diverse groups within the phylum, with relatively little variation associated with recent divergences. We found no evidence for a trade-off in biomass allocated to root versus soil colonization in three published glasshouse experiments; rather these traits were positively correlated. Partial support was observed for correlated evolution between fungal colonization strategies and functional benefits of the symbiosis to host plants. The evolution of increased soil colonization was positively correlated with total plant biomass and shoot phosphorus content. Although the effect of AM fungi on infection by root pathogens was phylogenetically conserved, there was no evidence for correlated evolution between the extent of AM fungal root colonization and pathogen infection. Variability in colonization strategies evolved early in the diversification of AM fungi, and we propose that these strategies were influenced by functional interactions with host plants, resulting in an evolutionary stasis resembling trait conservatism.     

Gene expression profile in immunologically injured liver cell of mice

To study the gene expression profiles between immunologically injured liver cell and normal liver cell of mice and to screen on a large scale the differentially expressed genes associated with the formation of liver injury, the experimental mice were randomly divided into the normal group for controlling and the immunologically liver-injured group induced by BCG and LPS. The liver mRNA of the two groups were extracted respectively and reversely-transcribed to cDNA with the incorporation of different fluorescence (Cy3, Cy5) labeled dUTP as the hybridization probes. The mixed probes were hybridized to the cDNA microarray chips. The fluorescent signal results were acquired by scanner ScanArray 4000 and analyzed with software GenePix Pro 3.0. Among the 14112 target genes, 293 genes were found to be significantly differentially expressed, in which 188 genes were up-regulated and 105 genes were down-regulated. Based on the analysis of biological functions of those differentially expressed genes, it was indicated that the occurrence and development of mouse liver damage induced by BCG and LPS were highly correlated with the processes of immune reactions, cell synthesis, metabolism, apoptosis and transportation in liver cell, which might be quite important for elucidating the regulatory network of gene expression associated with the liver damage, also important for finally discovering the pathogenic mechanisms of immunological liver damage.     

川陕哲罗鲑Cyt b基因克隆及其在鲑亚科中的系统发育关系

采用聚合酶链式反应克隆川陕哲罗鲑Hucho bleekeri线粒体细胞色素b基因 (Cyt b),首次报道该基因的全长序列(1140 bp,GenBank 登录号FJ597623),并与鲑亚科中其他5属14个物种的Cyt b基因进行同源性比较,分析了碱基组成和变异情况,以白鲑亚科的白鲑Coregonus lavaretus作为外群构建了ML、NJ和MP系统发育树.遗传距离和分子系统学分析表明,川陕哲罗鲑与细鳞鲑属的细鳞鱼Brachymystax lenok之间的遗传距离相对较小(8.47%),在系统发育树上两者聚在一起,提示川陕哲罗鲑与细鳞鱼存在较近的亲缘关系,该结果与以往的形态学分类不相符.     

全基因组序列的系统发育与重组分析鉴定我国马铃薯Y病毒株系

为明确我国马铃薯Y病毒(Potato virus Y,PVY)株系组成及其在不同寄主上的分布特征,文章对31条PVY中国分离物的基因组编码区进行了系统发育及重组分析。系统发育分析结果显示,最大似然法(maximum likelihood,ML)和邻接法(neighbor-joining,NJ)重建的系统发育拓扑结构基本一致,GF_YL20、FZ10、DF、SD1、1116和9703-3等6个分离物均未与已知株系相聚,其他株系来源相同的分离物以较高的自展值相聚成簇,显示出较强的株系特异性。重组分析显示,31个PVY分离物中,共有28个PVY分离物均检测到具有显著的重组信号,这些分离物主要包括PVY~(N-Wi)、PVY~(NTN)和PVY~(NTN-NW)三种株系。进一步分析显示,分离物1104、DF、SD1、1116和9703-3为未报道过的PVY新重组分离物。株系统计结果显示PVY重组株系已上升为优势株系,生产上需要密切注意这些株系,尤其新重组分离物的发展动态。以上结果表明,综合应用PVY全基因组序列的系统发育和重组分析,可以实现PVY株系的准确鉴定。