真核基因选择性剪接机理的初步研究

真核基因表达调控是生命科学研究的前沿、热点。RNA的选择性剪接在真核基因表达调控中起着十分重要的作用。该文从已有数据出发 ,对真核基因的剪接机制以及选择性剪接的机制进行了初步的研究。结果表明 ,在真核基因的剪接过程中 ,可能存在一种“粗定位—细定位”的过程 ,即在剪接过程中首先有一粗略的定位过程 ,根据序列的嘌呤、嘧啶浓度特征寻找出剪接位点的大致位置 ;然后在这一基础上 ,根据几个保守碱基所提供的信息找到准确的剪接位点。这一结果对于进一步研究真核基因的剪接机制 ,特别是选择性剪接发生的机理有很大的启发。     

基于A*算法的启发式算法求解多序列比对问题

通过分析动态规划算法及A^*算法的特点，针对多序列比对问题提出一种基于A^*算法的启发式算法。该算法采用了多个优化搜索机制。通过对此算法的理论分析，证明了它能够在有效地减小搜索的空间、节约搜索的时间的同时，保证得到比较好的比对结果。此算法不仅能够在多序列比对问题中得到应用，还能够用于其他有向无环图的最短路径问题的求解。     

多序列比对问题的并行近似算法

基于中心方法的思想,采用分治策略,在SIMD-CREW模型上设计了一个使用O(k2m)个处理器(其中k为序列个数,m为最长的序列长度),时间复杂度为O(m logk)的并行近似算法.在实际情况中,由于logk远远小于m,相对于时间复杂度为O(m2k2)的串行中心方法,该算法在理论上达到线性加速.与现有的并行算法相比,它可以适用于任意情况,且易于分析时间复杂度.利用LARPBS模型的特点和并行求前缀和的方法,调用LARPBS模型上求和与最大(小)值的并行算法,首次给出了在LARPBS模型上的多序列比对问题的并行近似算法.该算法使用O(k2m)个处理器,时间复杂度为O(m log log D),其中D为序列两两比对的代价值的最大值.该算法同样适用于任何情况,由于log log D通常远小于m,所以它在理论上也是线性加速的.     

多序列比对的两种新方法

对两种用于多序列比对的新方法——T—COFFEE和MAFFTT进行了研究,结果表明：T—COFFEE是迄今为止准确性最高的方法,但此方法速度较慢;而MAFFT则将FFT运用于比对中,使速度大大提高,并且与T—COFFEE的准确程度相当。     

癌症相关基因选择性剪接进化数据库的构建

选择性剪接是真核生物基因调控的基本调节机制之一,与各种类型的生理和病理活动相关.癌症相关基因的不正常剪接可能与多种癌症的发生发展有关.作为选择性剪接进化的主体,选择性剪接外显子展示了其在不同物种中多样的进化功能.本文系统整理了2 989个癌症相关基因的各项功能,通过比较基因组学的分析方法总结了癌症相关基因的选择性剪接外显子的功能和进化关系,建立了癌症相关基因选择性剪接进化数据库(ASeeDB数据库).ASeeDB包含癌症相关基因外显子区域的进化保守性、结构域预测、Ka/Ks值、以及基因、转录本、外显子区域3个层次的表达量统计等信息,结合这些信息用户可以方便的检索有研究意义的基因或者外显子.外显子区域蛋白质结构域的预测可以帮助了解其可能的功能,而外显子是否存在选择性剪接又可以推及包含该外显子的转录本是否具有相似的功能以及推测剪接是否会对蛋白质功能发生影响.数据库提供的物种间的序列比对可以帮助用户发现没有注释的外显子区域或者是保留的失去功能的外显子.相比于基因层面的Ka/Ks,数据库提供的外显子层面的Ka/Ks对于发现适应性进化事件具有更高的敏感性,可以更加方便地预示基因中未知功能的区域.     

生物序列比对算法分析与比较

序列比对是生物信息学的一个非常重要的操作．它可以预测生物序列的功能、结构和进化过程等．文中首先介绍双序列比对的基本算法;接着分析和比较多序列比对的四个常用模型和三类算法以及并行比对算法;最后,给出一些研究问题．     

MEN1基因的选择性剪接

多发性内分泌肿瘤I型(MEN1)基因是一个抑癌基因,到目前为止人们只发现了它的一种剪接模式.本实验以MEN1基因为研究对象,设计特异性引物,用RT-PCR检测到细胞中MEN1基因的另一种新的剪接体.利用构建好的含有MEN1小基因的重组质粒转染哺乳动物细胞,扩增小基因的转录产物,并进行序列分析,证实新剪接体的剪接位点位于基因组第5183位和第6196位.通过Western blot检测到了对应大小的蛋白在细胞中的表达,表明MEN1基因在细胞中存在两种不同剪接体,这种新的剪接体表达了一个含有351个氨基酸,大小约为39kD的蛋白质.研究结果为进一步探讨MEN1基因在细胞中的功能提供了重要线索.     

生物DNA序列比对算法研究

基于典型CLUSTALW序列比对算法,研究一种局部优化的多序列比对算法,用减少序列比对过程中总评分的方法来达到优化算法的目的,并对基因库中的序列进行了测试．     

睾丸特异乳酸脱氢酶-C基因选择性剪接的研究

采用RT-PCR方法从牦牛、狗和大鼠睾丸组织中克隆睾丸特异乳酸脱氢酶-C（LDH-C）基因的cDNA序列,结果在3种动物中均发现了4或5种Ldhc剪接体,包括外显子缺失或内含子增加两种类型,其中外显子缺失数量为1或2个的比例高．3种动物中外显子缺失的比例由高到低依次为外显子5,4,7,6;狗和大鼠剪接体中额外增加的内含子部分序列均导致在内含子中提前形成终止密码子;对牦牛和狗睾丸组织LDH同工酶的电泳分析未检测到潜在的多种Ldhc剪接体的表达,推测睾丸组织Ldhc选择性剪接的功能是调控该基因在睾丸中表达的方式之一;用RT-PCR方法克隆牦牛肌肉和心脏组织Ldhc基因,意外检测到Ldhc的两种剪接体,提示Ldhc基因的选择性剪接可能参与睾丸以外的其他组织沉寂Ldhc基因的表达．     

生物信息学中基于启发式的多序列比对算法

序列比对是生物信息学中一项重要的基础性研究课程,其基本任务之一就是进行多重序列比对,但是如何优化多重序列比对算法目前生物信息学面临的一个核心课题,本文介绍了多重序列比对研究所涉及的基本问题,对当前多重序列比对启发式算法的几种经典算法进行描述,并对多重序列比对算法的前景进行了展望。     

真核基因剪接位点二级结构特征

利用RNA二级结构的预测程序,通过对148个人类基因由EST验证的发生剪接的784个供体位点和受体位点以及101个人类基因由EST验证的发生选择性剪接的418个供体位点和受体位点附近的二级结构的预测,寻找真核基因剪接位点及选择性剪接位点的二级结构特征。通过详细研究剪接位点及选择性剪接位点在RNA二级结构中的结构分布,获得了一些剪接位点及选择性剪接位点在RNA二级结构中结构分布的规律性。结果表明,在RNA剪接及选择性剪接过程中,顺式作用元件具有结构特定性。这种结构特定性可以从结构上对真核基因剪接及选择性剪接机制进行一些合理的解释,有利于对真核基因剪接位点的识别及其表达调控机理的进一步理解。     

基于Jensen—Shannon差异的可变剪接分析

针对传统方法仅能分析基因的单一可变剪接模式的问题,设计了一种基于Jensen—Shannon（JS）差异的生物信息学方法ASAT,用以分析基因在转录本水平的多可变剪接模式．将ASAT应用于小鼠转录因子Klfl敲除实验的RNA—Seq数据,预测出12个发生了可变剪接变化的基因,并在转录本水平对这些基因的可变剪接模式进行了分析．通过基因功能富集分析,发现其中有两个基因Timp1、Gm13654与Klf1能够显著富集在红血球发育、分化及动态平衡的生物过程．结果表明,ASAT可预测到与生物功能相关的可变剪接基因,并能够分析转录本水平的可变剪接模式．     

Hela细胞中突变PSF蛋白对细胞增殖迁移及可变剪接的影响

PSF作为真核细胞中的抑癌蛋白,在Hela细胞发生基因突变导致其蛋白功能改变.为了阐明突变体PSF蛋白在肿瘤细胞的作用,本文分别采用siRNA干扰、细胞生长曲线、细胞划痕等实验检测muPSF对Hela细胞增殖及迁移的影响,半定量PCR实验分析PSF调控的下游靶基因的可变剪切情况.研究结果显示,当通过siRNA干扰muPSF的表达后Hela细胞的增殖迁移能力下降,高表达突变体PSF可增强Hela细胞的增殖与迁移,半定量PCR实验分析PSF下游调控基因显示muPSF可以改变增殖和迁移相关基因的可变剪接形式.因此,我们的实验证明,Hela细胞中muPSF通过调控下游靶基因的可变剪切影响Hela细胞的增殖和迁移能力.     

网格环境下蛋白质多重结构比对的架构及其实现

针对蛋白质多重结构比对需要大量运算的问题,基于渐进式成对结构比对策略,设计了并行化的蛋白质多重结构比对架构及其在网格计算环境下的实现机制.实验结果表明并行算法大大提高了比对效率,减少了比对时间,提高了重用性.该并行蛋白质多重结构比对架构及实现方法可应用于其他的多重结构比对.     

基于遗传优化的WSNs多源单汇路由算法

针对无线传感器网络中的多源单汇路由问题,综合考虑无线传感器网络中链路带宽、延迟和路径节点最小剩余能量三种度量,建立了多源单汇路由问题的系统模型,将其转化为求解多约束最小Steiner树问题,已知该问题是NP难的问题,给出了基于遗传优化的求解算法,采用基于备选路径集的整数序列编码表示一棵生成树,设计相应的交叉和变异算子,以及对非法染色体进行修复的机制,最后在遗传算法的计算过程中选择合理的适应度函数,找到一棵满足多约束的能耗趋于最小且状态稳定Steiner树.理论分析和数值试验结果表明所提出的遗传求解算法收敛速度快、可靠性高,为无线传感器网络中的多源单汇路由提供了一种新的有效途径.     

PD-L1基因在正常胃和胃癌组织中的表达及其可变剪接变异体的鉴定

目的:检测PD-L1基因的常规和可变剪接变异体mRNA在胃癌组织和正常胃组织中的表达。方法:以RT-PCR方法从胃癌和正常胃组织的总RNA中扩增PD-L1的cDNA,并将扩增产物通过测序鉴定。结果:4例胃癌标本中,从病例2中扩增到常规和可变剪接变异体,但以常规剪接体为主,病例3仅扩增到常规剪接体PD-L1Ⅰ,病例4扩增到其可变剪接变异体PD-L1Ⅱ,而病例1两种剪接形式均未扩增到。在2例正常胃组织中均只扩增到可变剪接变异体PD-L1Ⅱ。结论:PD-L1基因在大多数胃癌组织中表达,正常与胃癌组织中还表达可变剪接变异体PD-L1Ⅱ,提示表达产物的剪接方式具有多样性。     

基于最小二乘孪生支持向量机的图像拼接检测

图像篡改最基础的手段便是拼接,为了恢复人们对数字图像的信任,图像拼接检测变得非常重要.论文提出一种基于最小二乘孪生支持向量机的图像拼接检测算法,算法对待测图像进行对偶数复小波变换以获取不同的子带图像,对子带图像提取其马尔科夫状态转移概率矩阵,将该概率矩阵作为拼接特征向量送入最小二乘孪生支持向量机训练以获取预测模型,最后根据该模型来判断待测图像是否经过拼接.在哥伦比亚大学无压缩图像拼接检测评估库和哥伦比亚大学图像拼接检测评估库上分别进行实验,与传统算法做对比,实验结果充分证明论文所提算法具有更高的拼接检测准确率.