鰈形目分類檢索及分子生物學應用模式研究.pdf

1、進入21世紀以來，由于分類學對生物多樣性的重要基礎作用，漁業(yè)、環(huán)境保護、生態(tài)學和系統(tǒng)學研究等領域的國際組織等對重振分類學研究高度重視，挖掘與分享分類學信息成為生物多樣性公約(CBD)框架下全球生物分類倡議(GTI)的熱點議題。為實現(xiàn)自然生物資源的可持續(xù)利用，GTI不遺余力地解決CDB貫徹執(zhí)行中的“分類學障礙”問題。分類學信息的數(shù)字化和彌合應用進程不斷加快，傳統(tǒng)知識數(shù)字化、信息存儲數(shù)字化、數(shù)據(jù)標準統(tǒng)一化和共享網絡化成為分類學信息化發(fā)展的必

2、然趨勢。但自林奈和拉馬克以來，分類階元系統(tǒng)及描述和分類檢索表等分類學研究成果大多是以紙質方式保存，其內容豐富、種類繁多、結構復雜、數(shù)量龐大，數(shù)字化工作難以一蹴而就，大量沉睡在圖書館、博物館和檔案室里分類學資料等待處理；同時少量數(shù)字化信息分散在多個不同結構的數(shù)據(jù)庫中。由于缺少有效的數(shù)字化工具，尤其是缺乏能彌和傳統(tǒng)分類信息和分子序列信息的軟件，在物種分類檢索和親緣關系研究過程中，信息集成與關聯(lián)分析十分不便。 鰈形目魚類進化歷史悠久復

3、雜，形態(tài)構造呈特殊的不對稱性，許多種類因美味可口而具有重要經濟價值，開展分類學研究有典型的生物學代表意義和生產指導意義，但其分類系統(tǒng)至今尚未統(tǒng)一。 論文依托前期工作基礎，通過設計專項數(shù)據(jù)庫、建立標準化數(shù)據(jù)索引和開發(fā)流程化分類學功能模塊，探索將信息要素和分類檢索研究方法有機融為一體的技術方法，研究了形態(tài)構造特征信息和分子序列信息的彌合模式，設計研制了以分類階元系統(tǒng)為目錄索引，以分類檢索表、分子標記、DNA條碼分子鑒定、生物學參考信

4、息、參考文獻和親緣關系分析等為主要功能組成和應用方向的《鰈形目分類信息分析系統(tǒng)(Pleuronectiformes Taxonomy Information Analysis System)》(簡稱《鰈形目分類系統(tǒng)，PTIAS》；著作權登記號2009SR02219)，建立了鰈形目分類學信息軟件開發(fā)模式。 1．基于GTI規(guī)劃的2008-2020年分類學產出，建立了鰈形目分類學數(shù)據(jù)源綜合模糊評價體系。在對數(shù)據(jù)源進行初步評估、篩選和歸

5、類的基礎上，分析了不同數(shù)據(jù)源內容、結構及其相互間關系，設計了適用于PTIAS系統(tǒng)的元數(shù)據(jù)、索引體系和數(shù)據(jù)庫模式，為分類檢索系統(tǒng)的開發(fā)奠定了數(shù)據(jù)基礎。 2．設計了可兼容不同GTI數(shù)據(jù)庫分類目錄的數(shù)字化分類階元系統(tǒng)。基于樹型數(shù)據(jù)窗口(Treeview Datawindow)，建立了可擴展上下級階元、可任意組合不同階元的數(shù)字化分類階元系統(tǒng)模塊，為動態(tài)應用階元組合動態(tài)整合數(shù)據(jù)、開展信息比較分析、構建專項數(shù)據(jù)庫等數(shù)據(jù)操作等奠定了索引目錄結

6、構基礎。 3、提出了定距式二歧檢索表BiosKey算法。建立了以數(shù)據(jù)過濾模式調取檢索表的特征性狀并進行組合查詢的方法，討論了傳統(tǒng)二歧檢索表的樹數(shù)據(jù)結構的同組層無序化特征，及其將之與二叉樹結構進行辨分的必要性，為紙質分類檢索表的數(shù)字化提供了新的工具。同時，基于各種系統(tǒng)的樹結構相似性、階層體系相似性和物種階元單位的高度一致性，探索了將BiosKey算法應用于建立支序回溯系統(tǒng)，用以集成各類系統(tǒng)信息的可行性。 4．從序列信息檢索

7、直觀化角度出發(fā)，基于mtDNA和nDNA基因組結構和數(shù)據(jù)窗口(Datawindow，DW)，建立了直觀的分子標記熱鍵檢索模式；設計了通過鼠標控制函數(shù)檢索DNA條碼、分子標記等序列信息，并與分類系統(tǒng)目錄進行階元關聯(lián)的方法。 5．研究了大尺寸數(shù)據(jù)庫的快速處理技術，同時建立了不同DOS模式的Blast、Clustal、Phylip軟件包的Windows平臺運行的優(yōu)化環(huán)境。為加速數(shù)據(jù)檢索、提取和數(shù)據(jù)庫重建，設計了將數(shù)據(jù)存儲(Datast

8、ore)嵌入內存數(shù)據(jù)塊進行索引化操作的快速算法，為Windows系統(tǒng)中大文件訪問與處理中的I/O與內存限制的瓶頸技術問題。 6．研究了以平臺模塊方式處理不同分類學信息的系統(tǒng)設計與構建方法。按分別設計、系統(tǒng)集成模式，開發(fā)了9個數(shù)據(jù)模塊、9個分類學功能模塊和3個數(shù)據(jù)處理輔助模塊。各種標準化數(shù)據(jù)用于有序化伺服系統(tǒng)初始化、數(shù)據(jù)庫和檢索索引，或通過程序內建函數(shù)轉化為分類學專業(yè)格式如林奈分類目錄、分類檢索表、分子序列表和系統(tǒng)發(fā)育樹等，或為系