基因转录调控模体预测的研究及其在线服务开发

发布时间：2017-04-04 07:40

  本文关键词：基因转录调控模体预测的研究及其在线服务开发，由笔耕文化传播整理发布。

【摘要】：生物信息学的发展提出了很多计算问题，通过计算方法预测基因的转录调控模体是其中之一。模体（motif）是一组短片段，通常只有8-12个字符的长度。因为具有生物功能，所以相对于生物序列的其他部分不易改变。它具有序列保守性，可以在序列上识别。依据所研究的生物序列不同，模体可分为DNA模体，蛋白质模体和结构模体，，本文工作主要是研究载有基因转录调控功能的DNA模体。它可以帮助生命科学研究者了解基因转录的调控机制，为药物和生物工程等多个领域做出贡献，为计算科学的研究者提供了研究热点。传统的转录模体预测问题是多序列比对的NP复杂问题，之前的预测算法大都基于启发式学习方法，实际运用的假阳性率较高。很多生物信息工具需要较低假阳性率，才能在生物研究中被有效使用。实验组之前开发的BoBro模体识别算法[46]可以有效解决这一问题，它通过模体信号之间的相互支持，在数据处理内部降低其他“噪音”影响的同时保证了预测的识别率。目前主流的模体识别算法（如meme[39]）都实现了在线服务。为了推广该方法，本人的研究工作就是以此算法为基础，通过增加结果分析功能，在高性能集群上设计实现了web服务平台DMINDA（http://csbl.bmb.uga.edu/DMINDA/）。 DMINDA的主要贡献在于：（1）对于给定查找到的一组调控序列和相应的对照序列，可以计算得到统计打分以及对应的统计显著p-value；（2）除了实现BoBro算法[46]对模体的预测，还对预测结果的进一步分析提供了模体扫描、比较、共作用分析等功能；（3）服务还实现了同DOOR原核生物操纵子数据库的链接，利用操纵子信息提取调控序列，结合生物系统发生关系准备数据。 设计DMINDA系统除了具有实际软件开发能力，还需要了解相关研究的领域的知识，才能了解用户的切实需求。生物信息学研究领域开发了很多工具没有充分发挥其应有价值，结合实际需要利用web开发技术制作出有实用意义的在线服务，可以推广这些方法。科学研究成果通过web技术向广大科研使用者推广是计算机应用领域的重要研究方向，有人将之称为科学2.0。DMINDA在实验组之前工作的基础上，增加了后续分析工作的研究工具，通过对核心算法的重编程和再组织，实现了在150节点高性能计算集群的部署。利用DataTables等Jquery工具，设计了界面友好的操作页面。以该平台为基础，继续开发了基于生物系统发生关系的MP3模体预测算法和在全基因组预测调控子的方法，目前正在投稿。利用web服务推广科研成果，可以提高论文发表层次，增加论文的引用次数，它可以成为一系列后续研究的平台。本文回顾了模体的预测及其相关研究，介绍了DMINDA系统的设计、开发与运行。
【关键词】：生物息学 web服务开发 调控模体预测 基因转录 高性能集群
【学位授予单位】：吉林大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2015
【分类号】：Q78;TP393.09
【目录】：

• 摘要4-6
• Abstract6-10
• 第1章 绪论10-20
• 1.1 研究目的与意义10-11
• 1.2 国内外研究现状分析11-18
• 1.2.1 基因转录调控11-14
• 1.2.2 确定调控模体的实验技术14-15
• 1.2.3 转录调控模体的信息学研究15-17
• 1.2.4 主要模体计算预测分析平台和工具17-18
• 1.3 本文的主要工作和主要结构18-20
• 第2章 系统实现的模体识别与分析20-34
• 2.1 模体的表示方法22-24
• 2.2 模体识别功能的算法24-29
• 2.3 模体扫描功能的算法29-30
• 2.4 模体比较功能的算法30-31
• 2.5 转录模体共调控分析的计算31-32
• 2.6 数据的准备32-33
• 2.7 算法和流程的并行化33-34
• 第3章 系统的开发34-57
• 3.1 系统的配置及开发技术34-43
• 3.1.1 系统的硬件配置和运行管理34-38
• 3.1.2 系统的开发工具38-41
• 3.1.3 系统的页面开发技术41-43
• 3.2 系统的架构分析43-46
• 3.2.1 用户数据的需求44-45
• 3.2.2 网页服务的需求45
• 3.2.3 数据服务的需求45
• 3.2.4 计算集群服务的需求45-46
• 3.2.5 邮件服务的需求46
• 3.3 系统的功能实现46-57
• 3.3.1 系统的设计架构46-48
• 3.3.2 页面的实现48-53
• 3.3.3 系统与服务器接口的实现53-54
• 3.3.4 其他主要程序的实现54-57
• 第4章 系统的应用和性能分析57-65
• 4.1 预测大肠杆菌三羧酸循环的调控模体57-60
• 4.2 网站的使用性能60-65
• 第5章 结论和展望65-67
• 5.1 结论65-66
• 5.2 展望66-67
• 参考文献67-71
• 作者简介及在学期间所取得的科研成果71-72
• 致谢72

【参考文献】

中国期刊全文数据库 前1条

1 冉令华,阮晓钢;大肠杆菌启动子特征元件对启动子识别的影响[J];北京工业大学学报;2005年02期

中国博士学位论文全文数据库 前1条

1 杜伟;机器学习及数据挖掘在生物信息学中的应用研究[D];吉林大学;2011年

  本文关键词：基因转录调控模体预测的研究及其在线服务开发，由笔耕文化传播整理发布。

本文编号：285112