GPGPU加速生物序列比对研究进展

序列比对是生物信息学中最常用和最经典的研究手段。生物序列比对需要有强大计算能力的硬件支撑,而近年快速发展起来的GPGPU正好可堪此任。本文首先介绍GPGPU的发展过程,进而讲述GPGPU硬件设备与其编程环境,然后对GPGPU做科学计算时需要的数学库函数做一介绍,最后综述近年来国内外基于GPGPU的生物序列比对软件和相关研究工作,并总结和展望其辉煌前景。     

人类Y染色体回文序列紧邻核苷酸的语言特征

人类基因组Y染色体回文序列具有非常特殊的对称结构,容纳了许多控制着睾丸发育的基因,破译其结构与所隐含的遗传信息成为生物信息学家们的机遇和挑战.利用语言学中Zipf定律的方法分析了Y染色体八个回文序列(P1～P8)中紧邻核苷酸的频率及其关联度的分布特征。用数学模型进行了精确地描述,发现紧邻核苷酸的频率分布并不满足Zipf定律,而满足三次多项式分布及紧邻核苷酸关联度的分布,满足逆函数分布,这些特征是人类Y染色体回文序列长期进化的结果。     

钩虫第三期幼虫某些生态现象的观察

1982年2—11月我们在现场对钩虫第三期蚴的某些生态现象作了一些观察,现报道如下。方法以随机采样法每月在各种农作物地及易受粪便污染且人群经常到达的地区,采集土样,采用平血分离法分离钩蚴,鉴定并计数。结果1.共采土样537份,阳性率11%(61/537)。获钩蚴128条,其中十二指肠钩蚴98条,美洲钩坳30条。平均每100克阳性土含蚴0.82条。2—11月的含蚴率分别为0(0/20)、0(0/40)、4%(3/80)、20%(7/36)、24%(11/46)、16%(10/63)、7%(6/83)、14%(11/80)、18%(11/61)、7%(2/28);每100克土的幼虫数分别为0、0、0.40、0.66、3.22、0.68、1.49、1.82、1.46…     

血清白蛋白与降血糖药物相互作用的关键位点分析

用生物信息学的方法分析不同物种的血清白蛋白的亲缘关系,分析降血糖药物米格列醇和伏格列波糖与人血清白蛋白相互作用位点在其他亲缘关系较近的物种中相应的氨基酸变化特点。结果表明米格列醇、伏格列波糖与人血清白蛋白的结合位点都位于人血清白蛋白亚区IB的疏水腔中,其间的主要作用力是氢键和疏水作用力。米格列醇和伏格列波糖与血清白蛋白结合位点处的氨基酸在其他物种中大部分都是保守的,只有少数的氨基酸不同,且极性也不相同。血清白蛋白疏水性分析发现米格列醇和伏格列波糖与血清白蛋白结合位点处的氨基酸中亲水性的较多,疏水性的少,在其他4个亲缘关系较近的物种也具有同样的现象。这些分析结果为进一步研究降血糖药物在其他物种中的表现及相互作用等提供了重要的科学依据。     

橡胶树魏克汉种质资源生长与形质性状变异分析

于2009-2016年每年12月中旬,对2008年定植保存在"农业部景洪橡胶树种质资源圃"内来自4个国家的364份橡胶树魏克汉种质资源1740株林木的年度径围生长量进行了跟踪观测,2016年12月底对其枝下高、主干通直度、主干分杈、侧枝分枝轮、侧枝粗细、侧枝分枝角、侧枝伸展等指标进行了观测,统计分析了年度径围生长规律及变异情况;以364份种质资源的调查数据对8个指标的遗传多样性指数进行了分析,并分别以基因型和国家为单位进行了多指标综合聚类,旨在为揭示橡胶树魏克汉种质资源遗传多样性及合理保护和利用提供理论依据。研究结果表明,可以根据林木的茎粗生长量将保存的364份魏克汉种质资源划分成3个类群,依次为缓慢型(径围50 cm)、中间型(径围在50~60 cm)、速生型(径围60 cm),其中,8年生时径围总生长量平均为52.88 cm,变幅为41.50~64.00 cm;缓慢型均值为47.49 cm,变幅为40.50~49.75 cm;中间型均值为54.02 cm,变幅为50.00~59.75 cm;速生型均值为61.07 cm,变幅为60.00~64.00 cm;速生型与缓慢型之间均值相差13.58 cm。从变异程度来看,总体、缓慢型、中间型、速生型等年度间变异系数变幅依次为10.87%~25.81%、10.20%~26.89%、9.32%~25.62%、8.64%~20.78%。随着林龄的增加,3类群体连年生长量与年平均生长量均呈现出先增大后降低的趋势,且两者在8年间只出现了1次相交,相交时间在3~4年生之间,速生型相交时间较晚一些。年度间径围生长量相关性分析表明,缓慢型和中间型群体相关性均达到极显著正相关(除中间型1年生与8年生间相关性不显著外),速生型群体3年生后各年度间相关性达到极显著正相关。8个指标的遗传多样性指数从大到小排序依次为:枝下高(1.835)径围生长量(1.713)侧枝分枝轮(1.222)侧枝粗细(1.192)侧枝分枝角(1.079)主干通直度(1.032)主干分杈数(0.991)侧枝伸展(0.579),多数指标遗传多样性指数偏小。聚类结果表明,来自同一国家的种质大部分聚在一组或几组;4个国家种质关系最为密切的是印度尼西亚和马来西亚,其次是印度尼西亚和中国,距离较远的是斯里兰卡。综上可知,国内保存的橡胶树魏克汉种质资源8个性状变异程度不大,遗传多样性丰度低。建议在进行早期选择时,以较小的林龄(如2年生)进行淘汰选择,以较大的林龄(如4年生)进行速生资源选择,其中7份速生型种质资源可直接用来培育胶木兼优无性系或作为亲本材料进行杂交育种。     

异鼠李素和异鼠李素-3-O-葡萄糖苷的抗氧化活性分析

槲皮素类化合物是众多黄酮类中活性最高的化合物之一,在医药方面有很强的药效功效。本研究选取两种槲皮素类黄酮化合物异鼠李素和异鼠李素-3-O-葡萄糖苷作为目标化合物,运用Gaussian 09软件密度泛函(DFT)方法从分子总能量、OH解离焓(BDE)的理论表征、前线分子轨道及其轨道能级、原子的净电荷布居等方面研究异鼠李素和异鼠李素-3-O-葡萄糖苷的抗氧化活性。结果表明,异鼠李素活性大于异鼠李素-3-O-葡萄糖苷,两类分子4'位的酚羟基失去氢之后对抗氧化活性的整体影响是最大的,酚羟基在这个位置上就具有较明显的高活性特征,分子中引入的糖苷不参与前线分子轨道的形成,不具有消除自由基活性的作用,但它对于分子本身的极性有很大的影响,可以改变分子在机体反应时的溶解度和吸收度。这对进一步深入研究槲皮素类黄酮化合物的抗氧化活性以及抗氧化剂的结构改良等提供了重要的科学依据。     

木荷适生区分析及未来气候下在中国潜在适生区预测

目的：木荷(Schima superba)是植被演替过程中的先锋树种,构建森林防火带的理想树种。研究木荷的生态特征及预测未来气候下木荷在中国的潜在适生区,为我国培育大径级储备林、增加森林碳储量、助力碳中和提供理论依据。方法：基于375个木荷分布点,以气候、土壤、地形为环境因子,采用MaxEnt模型结合GIS技术进行研究。结果：模型测试集AUC平均值0.952,训练集AUC平均值0.957,模型预测精度较高,可以准确预测环境因子对木荷分布区的影响。气候因子对木荷的分布影响最大,其中最冷季度的降雨量是影响我国木荷适生区分布最主要的环境因子,模型贡献率达76.3%,其次是年降雨量、高程、土壤类别、季节性温度变化标准差,以上5个因子贡献率累计达98.9%,对木荷的分布起决定性作用。结论：木荷在我国的潜在适生区面积约为1.818×10⁶ km²,约占国土陆地面积的18.94%,主要集中在长江以南地区的第三阶梯及第二阶梯,主要包括浙江、江西、福建、湖南、广东、广西、台湾、海南、贵州等地。在未来气候不同路径下,2060s、2080s木荷极高、高、中、低适生...     

基于密度泛函理论研究Watson–Crick碱基对中的氢键特征(英文)

基于密度泛函理论(DFT)研究腺嘌呤、胸腺嘧啶、鸟嘌呤、胞嘧啶以及腺嘌呤胸腺嘧啶碱基对、鸟嘌呤胞嘧啶碱基对。在DFT-B3LYP/6-31G**水平上利用自然键轨道理论分析研究结果显示,互补碱基对的结构和电子特征有利于氢键的形成。本文中讨论几何结构、电子结构、分子轨道和能量对于氢键形成的影响。此研究结果将有助于更好的理解AT和GC碱基对中氢键与它们的结构特性之间的关系。