基于局部茎搜索的RNA二级结构预测算法

RNA的二级结构预测是生物信息学中一个已经有30多年历史的经典问题,基于最小自由能模型(MFE)的优化算法是使用最为广泛的方法．但RNA结构中假结的存在使MFE问题理论上成为一个NP-hard问题,即使采用动态规划等优化算法也会面临时间复杂度高的困难,同时研究还发现,由于受RNA折叠动力学机制以及环境因素的影响,真实的RNA二级结构往往并不处于自由能最小状态．根据RNA折叠的特点,提出了一种启发式搜索算法来预测带假结的RNA二级结构．该算法以RNA的茎为基本单元,采用启发式搜索策略在茎的组合空间中搜索自由能最小并且出现频率最高的RNA二级结构,该算法不仅能显著降低搜索RNA二级结构的时间复杂度,还有助于弥补单纯依赖能量预测RNA二级结构的不足．在多种类型的RNA标准数据集上进行了检验,结果表明,该算法在预测的精度上优于目前国际上几个著名的RNA二级结构预测算法并且具有较高的运行效率．     

单股正链RNA病毒基因组3′非编码区的高级结构与功能研究进展

单股正链RNA病毒种类繁多,其宿主涉及人、动物、植物,对人畜健康和农业经济生产都有重大的影响.病毒基因组3′UTR内的序列形成茎环、假结、TLS等高级结构,既可以作为顺式元件,又可以结合蛋白质反式因子,对病毒的转录、复制、翻译都有调控作用.简要介绍了单股正链RNA病毒代表种属的3′UTR内高级结构与功能的研究方法、主要进展和存在的问题.     

单股正链RNA病毒基因组3'非编码区的高级结构与功能研究进展

单股正链RNA病毒种类繁多,其宿主涉及人、动物、植物,对人畜健康和农业经济生产都有重大的影响.病毒基因组3'UTR内的序列形成茎环、假结、TLS等高级结构,既可以作为顺式元件,又可以结合蛋白质反式因子,对病毒的转录、复制、翻译都有调控作用.简要介绍了单股正链RNA病毒代表种属的3'UTR内高级结构与功能的研究方法、主要进展和存在的问题.     

基于启发式算法预测含假结RNA二级结构的研究进展

RNA二级结构的预测算法研究已有近40年的发展历程,研究假结也将近30年的历史。在此期间,RNA二级结构的预测算法取得了很大进步,但假结预测的正确率依然偏低。其中启发式算法能较好地处理复杂假结,使其成为率先解决假结预测难题可能性最大的算法。迄今为止,未见系统地专门总结预测假结的各种启发式算法及其优点与缺点的报道。本文详细介绍了近年来国际上流行的贪婪算法、遗传算法、ILM算法、HotKnots算法以及FlexStem算法等五种算法,并总结分析了每种算法的优点与不足,最后提出在未来一段时期内,利用启发式算法提高假结预测准确度应从建立更完善的假结模型、加入更多影响因素、借鉴不同算法的优势等方面入手。为含假结RNA二级结构预测的研究提供参考。     

多目标遗传算法的含假结RNA二级结构预测

假结是RNA中一种重要的结构,由于建模的困难导致它更难被预测。通过碱基之间的配对概率来预测含假结RNA二级结构的Prob Knot算法具有很高的精度,但该算法仅用了配对概率作为预测依据,导致阴性配对大量出现,因此精度中的特异性较低。实验结合Prob Knot算法中碱基配对概率模型,通过使用多目标遗传算法,从而提高预测含假结RNA二级结构的特异性,以此促进总体精度的提高。实验过程中,首先计算出每个碱基成为单链的概率,作为新增的预测依据,然后使用遗传算法对RNA二级结构进行交叉、变异和迭代,最后得到Pareto最优解,进一步得出最高的最大期望精度。实验结果表明,在使用的RNA案例中,采用该方法比现有方法精度平均提高约4%。     

假结结构

某些植物病毒RNA的3’末端具有氨酰化作用的tRNA-样结构。氨基酸接受臂由三个短的双螺旋片段在空间呈准连续堆砌的双螺旋组成的假结结构。假结结构也见于RNA的其它部位,它可能是复杂RNA分子的一种结构成分。     

基于动态权重匹配的RNA折叠算法

本文在最大权重匹配（Maximum Weighted Matching,MWM）算法的基顾础上引入与茎区长度相关的动态权重,采用一种递归算法逐步寻找具有最大权重和的茎区。从而最终确定RNA的二级结构．该算法避开了繁杂的自由能计算,同样也能达到较高的预测精确度并且还能预测到大多数类型的潜在假结（pseudoknots）．