基于盆跳图含假结的RNA折叠结构预测算法研究

论文摘要

核糖核酸（Ribonucleic Acid,RNA）是一种生物大分子,在生命遗传信息的表达、传递过程中扮演着连接DNA与蛋白质的重要角色。RNA分子结构复杂、种类繁多,而且RNA结构会极大影响它的功能。目前人们已经通过生物实验获得了相对完备的RNA一级结构,也通过X射线、核磁共振等方法测量了一些RNA的三级结构。但对RNA的二级结构的研究,如果单独采用物理实验方法来测定一方面成本较高,另一方面也无法仅靠实验观察海量的待测序列数据。目前学者们利用计算机工具,分析已经测得的RNA序列结构,通过数学建模来预测RNA二级结构,因而设计预测RNA二级结构的算法成为研究的一个重要途径。RNA折叠结构中的一个特殊子结构—假结也被发现,假结对于许多RNA的催化、折叠过程中有重要影响,假结的存在对于RNA的转化过程也起到关键作用。近年来,对于含假结的RNA折叠动力学过程的研究领域越来越受到科研学者所关注。经过近几十年的不懈努力,目前已经产生了多种含假结的RNA二级结构的预测方法,也对RNA分子的折叠结构加以深入研究,但每种对于结构预测的算法都有其优缺点,不能囊括全部RNA分子。本文就是在这样的背景下,对基于盆跳图含假结的RNA折叠结构预测算法进行了深入研究,将盆跳图和障碍树应用于RNA的折叠结构研究中中,通过计算假结对于折叠过程的影响,从RNA分子动力学角度对含假结的RNA二级结构进行预测。论文的主要工作如下:1.分析假结对于RNA折叠结构的影响,提出通过计算最小自由能而构建盆跳图（Basin Hopping Graph）,在Basin Hopping Graph框架下,计算出了4种假结类型之间可以通过增加或减少碱基对进行相互转换情况。利用Gfold软件进行RNA-seq数据的差异表达基因分析,从而深入了解RNA折叠结构,实验表明效果良好。2.通过计算包含和未包含假结两种情况下的RNA分子能量结构,对比分析较低部分局部最小能量的组成比例,分析了假结对于RNA折叠过程中局部最小能量的贡献。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 第1章 绪论
•   1.1 国内外研究综述
•     1.1.1 RNA二级结构研究现状
•     1.1.2 RNA二级结构折叠结构研究现状
•   1.2 目前研究进展
•   1.3 论文主要工作
•   1.4 论文结构安排
•   1.5 主要术语介绍
• 第2章 RNA结构基本知识
•   2.1 RNA简介
•   2.2 RNA分类与二级结构
•   2.3 术语描述
•   2.4 图形表示方法
•     2.4.1 平面表示法
•     2.4.2 点括号表示法
•     2.4.3 树形表示法
• 第3章 带假结RNA二级结构预测算法简介
•   3.1 比较序列分析法
•     3.1.1 共变模型
•     3.1.2 上下文无关模型
•   3.2 最小自由能算法
•   3.3 信息论算法和遗传算法
•   3.4 本章小结
• 第4章 基于盆跳图的RNA折叠结构的改进算法
•   4.1 盆跳图（Base Hopping Graph,BHG）介绍
•   4.2 含假结的BHG优化方法
•   4.3 RNA折叠结构算法的改进
•     4.3.1 哈夫曼思想介绍
•     4.3.2 RNA分子折叠动力学的讨论
•     4.3.3 障碍树的创建
•   4.4 本章小结
• 第5章 实验结果分析
•   5.1 RNA数据库介绍
•     5.1.1 PseudoBase++介绍
•     5.1.2 Rfam数据库
•   5.2 局部最小自由能的计算过程
•   5.3 假结对RNA折叠结构的影响研究
•   5.4 RNA分子能量结构较低部分的局部最小能量的组成
•   5.5 本章小结
• 第6章 需要改进的工作
• 第7章 未来工作及展望
• 参考文献
• 后记
• 攻读硕士学位期间论文发表及科研情况
• 附件

文章来源

类型: 硕士论文

作者: 孔庆霞

导师: 刘振栋

关键词: 二级结构,盆跳图,假结,障碍树,最小自由能

来源: 山东建筑大学

年度: 2019

分类: 基础科学

专业: 生物学

单位: 山东建筑大学

分类号: Q522

DOI: 10.27273/d.cnki.gsajc.2019.000028

总页数: 73

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