隨著生物技術(shù)的迅猛發(fā)展,生物信息數(shù)據(jù)資源呈現(xiàn)出爆炸式增長的趨勢,同時計算機技術(shù)與互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)日益提高,使得我們對于大數(shù)據(jù)的儲存、處理及傳輸更為便捷,對于生物大數(shù)據(jù)的整合與數(shù)據(jù)挖掘成為生命科學(xué)研究中的重要組成部分�；谟嬎銠C科學(xué)、數(shù)學(xué)與生物學(xué)的一門新興交叉學(xué)科--生物信息學(xué)應(yīng)時而生,其中對于轉(zhuǎn)錄組學(xué)的研究就是生物信息學(xué)中一個十分重要的基礎(chǔ)性問題。近年來第二代RNA-seq技術(shù)依賴于其通量高、成本低的優(yōu)勢逐漸成為了研究轉(zhuǎn)錄組及其表達水平的主要手段。隨著各種測序技術(shù)的發(fā)展,大量數(shù)據(jù)的產(chǎn)生,利用測序技術(shù)研究基因的轉(zhuǎn)錄組成為一個必然的趨勢。二代的RNA-seq 測序數(shù)據(jù)的序列長度很短,必須經(jīng)過有效組裝才能恢復(fù)出全長轉(zhuǎn)錄本的序列,這就是本文所研究的轉(zhuǎn)錄組組裝問題,而真核生物的轉(zhuǎn)錄過程中,由于可變剪接現(xiàn)象的存在,同一個基因可以產(chǎn)生多個不同的轉(zhuǎn)錄本,而可變剪接的模式也呈現(xiàn)出多樣化,這無疑使轉(zhuǎn)錄組組裝問題充滿了挑戰(zhàn)性。本文的研究主要是利用圖論中的理論將轉(zhuǎn)錄組組裝問題模型化,并利用組合優(yōu)化技術(shù)解決組裝過程中的難點與瓶頸。轉(zhuǎn)錄組組裝算法大體分為兩類,一類是基于參考基因組的組裝算法,另一類是從頭組裝算法。對有些... 

【文章來源】：山東大學(xué)山東省 211工程院校 985工程院校 教育部直屬院校

【文章頁數(shù)】：126 頁

【學(xué)位級別】：博士

【部分圖文】：

圖１．１．真核生物基因的可變剪接

生物活性，需要進行轉(zhuǎn)錄產(chǎn)物??的后加工，使其變成具有生物功能的成熟ＲＮＡ，這就是轉(zhuǎn)錄的第二個過程。??這一過程一般包括ＲＮＡ鏈的剪接（剪切拼接）和堿基修飾。剪接是在真核生??物中非常重要的一個過程，原始的ＲＮＡ?xí)诩羟忻傅淖饔孟�，被切成一�??大小的分子，然后在拼接酶的作用下把成熟ＲＮＡ所需要的片段拼接起來。??經(jīng)過這一步驟，原始的ＲＮＡ有時會產(chǎn)生兩種以上的成熟ＲＮＡ，不同的成熟??ＲＮＡ可以翻譯成不同的蛋白質(zhì)，發(fā)揮不同的生物功能，我們把這種現(xiàn)象稱為??可變剪接（或選擇性剪接）（如圖１．１所示）。??可變剪接是真核生物體內(nèi)非常重要的機制，可以調(diào)控基因表達并能引起??蛋白質(zhì)多樣性，它通常包括５中基本模式，例如外顯子跳躍、內(nèi)含子保留等??等（如圖１．２所示）［２－４］。??Ａ外顯子跳躍?Ｄ內(nèi)含子保留??．一’??Ｖ??Ｂ可變的受體Ｅ可變的供體％??．一漏?二．￣￣￣??Ｃ互相排斥的夕卜辱子?、?臟未發(fā)生可變剪切的外鮮??［ｕ發(fā)生可變剪切的外饅子??ｓｎｍ］保留下來的內(nèi)含子??圖１．２．可變剪接的５種基本模式。??近些年來的研究表明，在真核生物中可變剪接的現(xiàn)象非常普遍，它使得??一個基因可以轉(zhuǎn)錄成多個不同的ＲＮＡ并產(chǎn)生不同的蛋白質(zhì)，是導(dǎo)致真核生??物中基因數(shù)量與蛋白質(zhì)數(shù)量有較大差異的重要因素。例如在人體內(nèi)存在多個??外顯子的基因中，約有９５％的基因都會發(fā)生可變剪接［２］，這導(dǎo)致人體內(nèi)大約??３??

特異性測序信息中所包含的鏈方向的信息，可以確定轉(zhuǎn)錄本是來自正義還??是反義ＤＮＡ鏈，能有效的幫助組裝具有重疊區(qū)域的轉(zhuǎn)錄本或反義轉(zhuǎn)錄本［３８－??４０］。與基因組組裝存在的這些差異，是在轉(zhuǎn)錄組的組裝中所面臨的巨大挑戰(zhàn)。??ｉＭｉＳｉｓａａｉａａｖ?－?－?－?－?－?－?ｓｓｓｓｓｓｉｘｓｔ?判?片??序列回貼到參考基＾從頭組裝????驗??－ｆｉ＾ｓｓｓｓｓ??＾?－－－２＾????ｍ．＊?Ｋｓｓｓｓｓａｓａａ?職．欲ｖ??Ｊ?基于參考基Ｈ組的組裝??圖１．３．轉(zhuǎn)錄組組裝的兩種策略：基于參考基因組的轉(zhuǎn)錄組組裝和從頭轉(zhuǎn)錄組組裝。??轉(zhuǎn)錄組組裝算法的研究，在過去的幾年里己經(jīng)有了快速的發(fā)展，一般有??兩種策略：基于參考基因組的組裝（ｇｅｎｏｍｅ－ｇｕｉｄｅｄ）和從頭組裝（ｃｆｅ?ｎｏｖｏ）??［３６，３７］（圖１．３），前者需要有一個高質(zhì)量的可供參考的基因組，第一步就是??將測序片段回貼到參考的基因組上，來自不同基因的測序片段會聚類到一起，??根據(jù)回貼結(jié)果及其所包含的信息，我們可以對不同基因的片段分別組裝。從??頭組裝算法則不依賴于任何參考信息，直接由測序片段著手，根據(jù)片段間的??重疊信息完成組裝，往往具有更大的組裝難度。??一個顯而易見的事實是，基于參考基因組的組裝算法會有更高的準(zhǔn)確率，??然而對于從頭組裝算法的研宄仍然具有十分重要的意義。這是因為基于參考??９??


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