真核模式生物核小体分布参数模型分析

发布时间：2021-04-10 23:45

　　真核生物核小体空间分布影响着遗传信息的传递,是表观遗传和基因工程的研究基础,对其进行数学建模是研究DNA三维结构与基因调控的基本途径,但空间维度建模素来为科学研究的难题。为比较单细胞与多细胞生物基因转录起始位点周围核小体分布特征,利用高分辨率的酵母和果蝇核小体定位实验数据构建核小体分布模型。在模型构建中综合比较了多项式、傅里叶级数、高斯函数和正弦函数的拟合效果,最终确定以正弦复合函数作为酵母和果蝇的核小体分布模型。在此基础上,对酵母和果蝇核小体分布的周期特征和进化印记进行尺度和频域分析,结果表明酵母和果蝇染色体在组织结构上存在显著差异。研究思路对于利用数学建模与信号处理方法获取基因组结构信息具有重要参考价值。 

【文章来源】：生物学杂志. 2020,37(02)北大核心CSCD

【文章页数】：4 页

【部分图文】：

图1 两种模式生物核小体定位图谱

综合比较4种函数的拟合性能和拟合效果后,发现由正弦复合函数构成的模型拟合精度最高,如图2-g、h所示,模型几乎能在整个区域跟踪核小体的定位特征;高斯函数次之;如图2-f所示只是在远离TSS区域出现了误差;而图2-e中除在远离TSS区域出现了误差外,TSS附近区域也存在较大误差。傅里叶函数能基本拟合占位图谱趋势,但误差较大(图2-c、d),其精度不能满足后续分析需要;由多项式构建的模型则拟合度最低,无法捕获定位特征的细节特征(图2-a、b)。根据以上结论,最终确定以正弦函数构建核小体定位模型,并基于该模型进行后续的尺度和频域分析。1.3 定位模型及参数

为便于分析,我们根据核小体分布中心位置与TSS距离的远近,对其依次进行了编号(图3和表3)。表3 核小体与连接DNA的分布中心位置(以TSS为坐标原点,单位为bp)Table 3 The distribution center of nucleosome and linker DNA (Taking TSS as coordinate origin, unit bp) 物种 连接DNA -5核小体 连接DNA -4核小体 连接DNA -3核小体 连接DNA -2核小体 连接DNA -1核小体 连接DNA 连接DNA +1核小体 连接DNA +2核小体 连接DNA +3核小体 连接DNA +4核小体 连接DNA +5核小体 连接DNA 酵母 -927 -863 -796 -713 -630 -555 -470 -400 -304 -240 -71 -71 58 137 226 302 389 468 549 630 707 784 果蝇 -969 -900 -846 -746 -645 -557 -449 -379 -277 -194 -123 -14.6 125 216 306 393 480 564 651 738 823 917


本文编号：3130550