DCA在DNA序列处理上的应用研究

DNA序列处理是生物计算非常重要的内容,但序列问题的规模往往很大因而很难直接求解。DCA(Divide-and-ConquerAlgorithm)因擅长于将一个难以直接解决的大规模问题分割成若干小规模问题以各个击破而在序列处理上有重要意义,文中主要从序列比对及片段组装等方面阐述其应用。

A novel genetic approach for optimized biological sequence alignment

Biological sequence alignment is one of the most important problems in computational biology. The objective of the alignment process is to maximize the alignment score between two given sequences of varying or equal length. The alignment score of two sequences is calculated based on matches, mismatches and gaps in the alignment. We have proposed a new genetic approach for finding optimized match between two DNA or protein sequences. The process is compared with two well known relevant sequence alignment techniques.

Design and application research of nucleotide sequence analysis system software

Using visual basic(VB)6.0 programming language, combined with modern molecular biological technique and computer digital image processing technique, We have developed the image processing system (DnaComputAnasis,DCA) which can scan, sequence ,analyze PAGE images in order to read, determine, save, edit and print gene sequence in a quick and accurate way. So it is easy to search and edit information. In sum, this system is most valuable in molecular biological research, genetic engineering research and clinical genetic diagnosis.

卷积神经网络在核小体定位识别中的应用

为更准确识别核小体定位,本文提出一种基于Z曲线理论(Z-Curve)的卷积神经网络(CNN)方法,称为ZCN方法。ZCN方法以Z曲线三维坐标矩阵表示核小体序列特征,通过十倍交叉验证,进行卷积神经网络方法进行模型训练和验证,使用标准评估指标进行性能评价。结果表明:ZCN方法在酵母中具有良好的识别效能,敏感性Sn、准确性Sp、ROC曲线面积分别为92.4%、90.2%和0.9704,可推广到人类、线虫和果蝇的核小体定位识别中,其ROC曲线面积分别为0.796、0.940和0.772,与其他方法比较,进一步证实ZCN方法具有较好的识别效能和可推广性。在酵母全基因组进行核小体定位预测,发现16条染色体的预测准确率均值为78.83%,在基因GAL和GAL10中进行核小体定位预测,研究了降低假阳性的方法,给出了预测核小体定位的图谱。ZCN方法为研究核小体定位识别、预测及功能分析提供了有价值的方法和指导。

一条家族性急性髓系白血病相关新基因ELF2C的生物信息学分析

目的利用生物信息学技术对新克隆的家族性急性髓系白血病相关新基因ELF2C和其蛋白序列进行分析,初步探讨其功能。方法以人类基因组数据库为基础,利用生物信息学程序预测ELF2C的基因结构、染色体定位、编码蛋白质的理化性质、亚细胞定位、蛋白质功能域等。结果ELF2C基因定位于4q31.1,全长2257bp,含有432bp的开放阅读框,可编码143氨基酸的蛋白质,且编码蛋白定位于核内,具有多个修饰位点和功能基序,是一个功能活跃的蛋白质。结论ELF2C基因可能是在家族性急性髓系白血病发生发展中具有生物功能的一条全长新基因。

恩替卡韦耐药乙型肝炎病毒稳定复制细胞系的转录组学分析

目的分析恩替卡韦耐药乙型肝炎病毒(ETV-r HBV)稳定转染前后宿主细胞转录组水平的基因差异表达,为后续开展HBV感染相关机制研究提供基础数据和参考。方法对ETV-r HBV稳定转染细胞株(HepG2.A64)及其原始背景细胞株(HepG2)进行转录组测序(n=3),利用DESeq2软件以|log2 Fold Change|>2、padj<0.05为差异基因筛选条件对测序结果进行差异基因筛选;利用clusterProfiler软件对差异基因进行GO功能富集分析和KEGG功能富集分析。采用RT-qPCR及Western blotting分别检测HBV稳定转染前后宿主细胞DNA修复相关基因mRNA及蛋白的表达水平。结果转录组测序结果显示,与HepG2细胞系相比,ETV-r HBV稳定转染的HepG2.A64细胞系共有613个基因存在差异表达,其中401个上调,212个下调(padj<0.05),GO和KEGG富集分析结果显示,差异表达基因主要参与炎症反应、PI3K/Akt信号通路、PPAR信号通路、NF-κB信号通路以及免疫相关的生物学过程。RT-qPCR及Western blotting检测结果显示,与HepG2细胞系相比,HepG2.A64细胞系中RAD52和XRCC2 mRNA表达量分别下降68.96%±7.59%、69.58%±6.32%,RAD52和XRCC2蛋白表达量分别下降69.93%±3.88%、26.47%±12.7%,差异均有统计学意义(P<0.05)。结论与原始细胞系HepG2相比,ETV-r HBV稳定转染的HepG2.A64细胞系在转录水平出现大量差异表达基因,同时HepG2.A64细胞系中DNA修复相关基因表达量出现下调。

MeDIP-Seq检测大鼠不同状态雪旺细胞基因甲基化水平

目的探寻大鼠正常态雪旺细胞(NSCs)和激活态雪旺细胞(ASCs)差异甲基化基因。方法成年Wistar大鼠结扎坐骨神经,饲养7 d后分别从坐骨神经和臂丛神经提取ASCs和NSCs。S-100抗体免疫荧光染色鉴定细胞,CCK-8法测定细胞生长情况。甲基化免疫共沉淀测序(Me DIP-Seq)技术筛选出ASCs和NSCs的差异性甲基化区域;分析与轴突再生相关的差异甲基化基因在染色体的分布情况,并进行基因本体(GO)和信号通路(PATHWAY)分析。结果成功获得了高纯度的ASCs和NSCs,两者S-100均表达阳性。在相同培养条件下,ASCs生长速度更快。Me DIP-Seq共发现177 176个差异性甲基化区域,其中位于启动子(≤1 kb)内1 097个、启动子(1~2 kb)内1 136个,Cp G岛内567个。共获得214个与轴突再生相关的差异甲基化基因,与NSCs相比,ASCs高甲基化基因191个,低甲基化基因23个。这些基因位于各个染色体上,以12号染色体上最多(22个),M染色体最少(2个)。GO分析结果显示差异甲基化基因涉及了轴突生长、轴突形成、轴突延伸和轴突导向等过程;并且与MAPK、细胞黏附分子和Ras等信号通路有关。结论 ASCs和NSCs的甲基化水平存在明显的差异,可能与轴突再生有关。

岩藻多糖对幽门螺杆菌感染后小鼠肠道菌群紊乱的调节作用

目的探讨岩藻多糖对幽门螺杆菌(HP)感染后小鼠肠道菌群紊乱的调节作用。方法将22只8周龄C57BL/6品系小鼠,随机分为空白对照组(A组):小鼠每天灌服双蒸水,持续5周;单纯感染组(B组):小鼠每天灌服HP菌悬液,持续3周,再灌服2周双蒸水;单纯干预组(C组):单纯岩藻多糖干预2周,再灌服双蒸水3周;预防干预组(D组):岩藻多糖预干预2周,再感染HP 3周;治疗干预组(E组):感染HP 3周后,岩藻多糖干预2周。采集实验结束当天小鼠的粪便样品进行基因测序分析,采用Illumina HiSeq测序平台进行OTU(operational taxonomic units)聚类与注释;利用QIIME软件生成不同分类水平上的物种丰度表,再利用R语言工具绘制成样品各分类学水平下的物种分布柱状图;使用QIIME软件,通过NMDS分析对各组肠道菌群的β多样性进行分析;通过LEfSe技术分析组间差异显著性,寻找组间具有统计学差异的物种;最后通过Metastats分析,根据P值筛选出导致两组样品组成差异的肠道菌群。结果α多样性分析结果中的Shannon指数显示,E组生物多样性较B组升高;β多样性的NMDS分析结果显示E组菌群结构近似A组;粪便菌群LEfSe分析显示共有67个菌属在A、B、C、D和E组间差异具有显著意义(P<0.05,LDA值>2);进一步的Metastats分析显示岩藻多糖干预减轻了HP感染后有害细菌如脱硫弧菌(Desulfovibrio)以及泽泻属(Alistipe)的相对丰度,增加了肠道有益菌如双歧杆菌(Bifidobacterium)、粪便杆菌(Faecalibacterium)的相对丰度。结论岩藻多糖可提高肠道部分有益菌的相对丰度,降低部分有害细菌的相对丰度,并可增加肠道微生物多样性,对HP感染后小鼠肠道菌群紊乱具有调节作用。