全基因組中網(wǎng)絡(luò)缺失基因和微型轉(zhuǎn)座子的發(fā)現(xiàn)及研究.pdf

1、山東大學(xué)博士學(xué)位論文全基因組中網(wǎng)絡(luò)缺失基因和微型轉(zhuǎn)座子的發(fā)現(xiàn)及研究姓名：陳勇申請學(xué)位級別：博士專業(yè)：運(yùn)籌學(xué)與控制論指導(dǎo)教師：李國君20081020山東大學(xué)博士學(xué)位論文信息融合和基因排序方法，在整個(gè)基因組水平下發(fā)現(xiàn)缺失基因。為了進(jìn)一步提高方法的精度和效率，我們又利用了r e g u l o n 信息：首先我們給出了一個(gè)尋找m o t i f 的有效算法，并利用該算法計(jì)算了目標(biāo)基因組中的所有可能的r e g u l o n ，然后將該信息運(yùn)

2、用到基因組參考圖中。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，該方法非常有效，不但在目標(biāo)網(wǎng)絡(luò)中發(fā)現(xiàn)了大量的相關(guān)缺失基因，進(jìn)一步揭示了基因網(wǎng)絡(luò)的結(jié)構(gòu)和功能特性，極大地提高了現(xiàn)有基因網(wǎng)絡(luò)的精度，而且具有極強(qiáng)的魯棒性。對于發(fā)現(xiàn)微型轉(zhuǎn)座子問題，我們首次給出了一個(gè)在基因組范圍內(nèi)尋找和分析微型轉(zhuǎn)座子的算法， 并且實(shí)現(xiàn)了網(wǎng)絡(luò)在線服務(wù)( M U S T 系統(tǒng))h t t p ：／／c s b l l ．b m b ．u g a ．e d u ／f f z h o u ／M U S

3、 T ／。在許多原核生物基因組的應(yīng)用試驗(yàn)中，我們的系統(tǒng)首次發(fā)現(xiàn)了大量的具有近期活性的微型轉(zhuǎn)座子，并且該系統(tǒng)還首次發(fā)現(xiàn)了微型轉(zhuǎn)座子與o p e r o n 、微型轉(zhuǎn)座子與相鄰基因之間存在著影響關(guān)系，這些發(fā)現(xiàn)為揭示基因組的動態(tài)變化以及基因功能實(shí)現(xiàn)奠定了基礎(chǔ)。第一章緒論，首先給出了本文中用到的牛物學(xué)，圖論以及計(jì)算復(fù)雜性理論的基礎(chǔ)知識介紹。第二章首次給出了一個(gè)利用o p e r o n 信息，基因相似性信息以及p h y l o g e n e

4、 t i cp r o f i l e 信息來發(fā)現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)缺失基因的方法。通過比較基因組大小和進(jìn)化關(guān)系，我們共選擇了1 8 5 個(gè)基因組來構(gòu)造基因組參考圖。該參考圖以所有的基因?yàn)轫旤c(diǎn)，兩個(gè)基因之間有邊存在當(dāng)且僅當(dāng)它們在同一個(gè)o p e r o n 中，或者它們是相似基因。對于目標(biāo)p a t h w a y ，我們利用其所有的已知基因作為參考基因，再尋找所有到參考基因關(guān)系最為緊密的基因來構(gòu)成候選基因集合，并給出了分層的信息融合和排序的方法來確

5、定最終的基因排序。我們測試了K E G G 數(shù)據(jù)庫中E ．c o l i 的所有1 2 1 個(gè)p a t h w a y 。結(jié)果顯示如果目標(biāo)p a t h w a y 中已知基因的個(gè)數(shù)大于5 個(gè)，該方法的正預(yù)測值( P P V )可以達(dá)到6 0 ％，并且隨著基因個(gè)數(shù)的增加，可以達(dá)到9 0 ％，這一預(yù)測精度遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于現(xiàn)有的相關(guān)算法，而且參數(shù)分析顯示該方法具有高度的魯棒性。同時(shí)許多預(yù)測的結(jié)果已經(jīng)被近期更新的l ( E G G 數(shù)據(jù)庫的結(jié)果證實(shí)