草鱼基因组信息管理系统及其关键技术研究

发布时间：2020-04-02 22:37

【摘要】：随着草鱼全基因组序列图谱的完成,进一步探索草鱼身上具有经济价值的分子机制引起了研究人员的广泛关注。而研究这样的分子机制往往又需要从全基因组范围内展开。建立一个基因组信息管理系统来管理存储这些异构的数据,并且在系统中针对性的对数据进行可视化,来使科研工作者更加方便直观的浏览、获取并研究这些数据是研究全基因组数据的基础。异构数据带来了数据管理及存储上的问题。为此本文系统整理了需要存储管理的草鱼基因组注释数据,分析了草鱼基因组数据注释信息之间的相互关系和目前国际通用的几种基因数据文件组织方式,设计了一个基于GFF3格式的基因组数据注释模型来管理异构数据。可通过数据模型里存储的各种属性实现对数据库的简单和高级检索。此外,本文创建了若干数据格式转换脚本,自动地将各种格式的基因组数据文件转换为GFF3格式来实现异构数据的统一管理。随着测序数据的持续增长,为了减少存储空间的消耗,以及便于DNA序列数据的传输,本文还针对DNA数据的压缩算法进行了相关研究,分析了目前DNA压缩算法研究现状及存在的瓶颈,结合草鱼DNA数据的特点,在设计的压缩算法里引入了草鱼序列的生物信息学特征,相比传统算法达到了更好的压缩效果,有效的降低了数据存储及传输的成本。在课题研究过程中,本文开发了一个管理存储草鱼基因组数据的信息管理系统,设计并实现了基于JBrowse的基因注释数据集成接口,使用开源JBrowse模块作为可视化组件用于可视化相关注释数据。针对无法用JBrowse可视化的部分数据,本文在系统中使用了SVG图形格式来实现这些数据的可视化。通过可视化数据以及加强与其他生物数据库的关联,并配以丰富的检索功能以进一步提高研究人员的数据挖掘的效率。本信息管理系统能够有效实现数据之间的比较和共享,针对性的可视化方案能更好的从海量数据中挖掘更有意义的数据,这对推动生物基因学发展提供了有效的途径。设计的DNA压缩算法BioGenCompress应用在草鱼DNA数据上达到了良好的压缩效果,节省了存储空间,降低了传输成本。本文中的相关方法对其他基因组数据平台的建设能够提供一定的参考价值。
【图文】：

图 2-1 草鱼基因结构图Fig.2-1 Gene structure of grass carp)基因组变异核生物个体基因组之间差异通常很小具有独特性。只有少数变异会对生影响，甚至致病。大部分变异对个体几乎没影响。基因组变异一般性单核苷酸变异、短插入缺失、拷贝数变异以及结构变异。单核苷酸碱基水平上某个核苷酸发生突变所导致的 DNA 序列的多态性[36]，且单多数变异属于单核苷酸变异。图 2-2 给出了基因组变异的常见类型。对的研究能大大促进全基因组疾病关联研究。

所以说，，这些特异性结构在基因表达的过程起到潜移默化的作用。图 2-1 草鱼基因结构图Fig.2-1 Gene structure of grass carp(2)基因组变异真核生物个体基因组之间差异通常很小具有独特性。只有少数变异会对生产生影响，甚至致病。大部分变异对个体几乎没影响。基因组变异一般可态性单核苷酸变异、短插入缺失、拷贝数变异以及结构变异。单核苷酸多指碱基水平上某个核苷酸发生突变所导致的 DNA 序列的多态性[36]，且单个大多数变异属于单核苷酸变异。图 2-2 给出了基因组变异的常见类型。对基异的研究能大大促进全基因组疾病关联研究。
【学位授予单位】：上海海洋大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2019
【分类号】：TP315;S917.4

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