本文關(guān)鍵詞：復(fù)雜性狀相關(guān)microRNA及遺傳位點的分析與預(yù)測

  更多相關(guān)文章： 復(fù)雜性狀 疾病相關(guān)miRNA預(yù)測 文本挖掘 miRNA功能相似性 甘藍型油菜 全基因組選擇 全基因組定位

【摘要】：絕大多數(shù)人類疾病以及農(nóng)藝性狀都屬于復(fù)雜性狀,通常受到大量的遺傳因素的控制以及環(huán)境因素的控制。闡明復(fù)雜性狀的遺傳機制,對人類復(fù)雜疾病的致病機理研究、診斷預(yù)防以及新藥的研發(fā)都有重要的意義,也為動植物品系的改良、產(chǎn)量及品質(zhì)的提高奠定基礎(chǔ),因此具有重要的科學(xué)意義以及實際應(yīng)用價值。 目前復(fù)雜性狀基因組定位技術(shù)已經(jīng)取得了一些成果,然而這些方法在不同環(huán)境中再現(xiàn)率低以及遺漏了大量微效位點,難以有效闡明復(fù)雜性狀的分子機制以及準確預(yù)測表型。此外,包括miRNA在內(nèi)非編碼調(diào)控元件與復(fù)雜性狀緊密關(guān)聯(lián),挖掘這些關(guān)聯(lián)是當(dāng)前研究的熱點和難點。針對于此,本研究圍繞著復(fù)雜疾病相關(guān)miRNA的預(yù)測及甘藍型油菜農(nóng)藝性狀相關(guān)位點的全基因組分析進行了研究,主要內(nèi)容如下： (1)采用文本挖掘的方法建立癌癥與miRNA之間的關(guān)聯(lián)網(wǎng)絡(luò),并挖掘潛在的癌癥相關(guān)miRNA。首先,對MEDLINE摘要中的miRNA與癌癥的關(guān)聯(lián)進行挖掘,并將結(jié)果整理為miCancerna數(shù)據(jù)庫。而后,在miCancerna數(shù)據(jù)庫構(gòu)建的miRNA與癌癥關(guān)聯(lián)二分網(wǎng)絡(luò)上,利用重啟型隨機游走算法預(yù)測20種常見癌癥類型的相關(guān)miRNA。交叉結(jié)果顯示,這種預(yù)測方法取得的感應(yīng)性曲線下面積為0.798,其預(yù)測性能高于其他同類方法。進一步對每種癌癥的潛在相關(guān)miRNA進行挖掘,結(jié)果發(fā)現(xiàn)在所有癌癥的排名前5的候選miRNA中,71%的預(yù)測結(jié)果都可以得到實驗證據(jù)的支持。 (2)提出了一個新的度量miRNA功能相似程度的策略。該策略利用miRNA引文的文本相似性來推測miRNA在功能上的相似程度,并在此基礎(chǔ)上挖掘潛在的疾病與miRNA的關(guān)聯(lián)。首先通過對MEDLINE摘要進行挖掘,構(gòu)建了一個涵蓋了大量miRNA(共1,007個)的功能相似性數(shù)據(jù)集。分析發(fā)現(xiàn),該分值符合生物學(xué)假設(shè),能有效反映miRNA表達相似性的變化趨勢以及區(qū)分疾病與非疾病的miRNA對。之后根據(jù)該相似性分值構(gòu)建miRNA功能相似性網(wǎng)絡(luò),最終應(yīng)用重啟型隨機游走算法對潛在的miRNA與疾病的關(guān)聯(lián)進行挖掘。交叉驗證結(jié)果顯示,這種預(yù)測方法具有較高的預(yù)測性能。另外,本方法對潛在與結(jié)腸癌、子宮內(nèi)膜癌、肺癌以及心肌病相關(guān)的miRNA預(yù)測的大部分結(jié)果存在實驗數(shù)據(jù)支持。與現(xiàn)有的miRNA功能相似性度量標準相比,本研究提出的基于文本的miRNA功能相似性的度量方法具有更廣泛的應(yīng)用范圍、更高的可靠性和更優(yōu)越的挖掘潛在疾病miRNA的能力等優(yōu)點。 (3)除了人類疾病相關(guān)miRNA預(yù)測之外,本文還重點研究了植物的復(fù)雜農(nóng)藝性狀。本文對全基因組育種模型在油菜開花期性狀中的應(yīng)用進行了評測,并對相關(guān)位點進行了定位及功能分析。首先構(gòu)建了高通量、高密度的甘藍型油菜全基因組SNP數(shù)據(jù)集,對三個種植地的十個自然環(huán)境下的油菜開花期性狀進行了分析。利用該數(shù)據(jù)集對現(xiàn)有的全基因組預(yù)測模型(包括線性模型、半?yún)?shù)模型以及機器學(xué)習(xí)模型等)在多個自然環(huán)境下的油菜開花期的預(yù)測效果進行評測。結(jié)果表明,所有模型都取得了較高的精度,驗證了全基因育種模型在油菜中的可行性。隨后,基于綜合了同一種植地多個自然環(huán)境的育種值,利用隨機森林模型對多地區(qū)的油菜開花期性狀進行了全基因組定位,并應(yīng)用多元自適應(yīng)回歸樣條法對上位效應(yīng)進行分析。在全基因組范圍內(nèi)發(fā)現(xiàn)435個顯著的開花期性狀相關(guān)的SNP,其中部分SNP定位在已知開花期基因中,而在部分已知的開花期相關(guān)基因間存在上位效應(yīng)。功能分析結(jié)果表明被這些SNP標記的基因大多參與了花形成的生物學(xué)過程。 (4)結(jié)合蛋白質(zhì)互作網(wǎng)絡(luò)、基因調(diào)控網(wǎng)絡(luò)以及高密度的全基因組SNP數(shù)據(jù),采用基于網(wǎng)絡(luò)方法對甘藍型油菜的含油量性狀進行了全基因組定位。結(jié)果表明,與傳統(tǒng)的單變量檢測方法相比,這種基于網(wǎng)絡(luò)的方法具有更高的再現(xiàn)率及可靠性,可以發(fā)現(xiàn)多環(huán)境共有的遺傳因子。此外,在基于該方法得到的與含油量相關(guān)的候選基因中,與油分積累機制相關(guān)的生物學(xué)過程顯著富集,還發(fā)現(xiàn)了一些與溫度刺激反應(yīng)有關(guān)的顯著功能注釋,印證了油菜的含油量性狀與環(huán)境因素有關(guān)。 綜上所述,本研究利用多種手段,分析了人類疾病及植物的農(nóng)藝性狀等復(fù)雜性狀,并基于此開發(fā)了多種方法用于癌癥基因的預(yù)測以及對油菜的開花期及含油量性狀的定位。本研究有望為疾病致病機理研究以及植物產(chǎn)量和品質(zhì)的改進提供幫助。
【關(guān)鍵詞】：復(fù)雜性狀 疾病相關(guān)miRNA預(yù)測 文本挖掘 miRNA功能相似性 甘藍型油菜 全基因組選擇 全基因組定位
【學(xué)位授予單位】：華中科技大學(xué)
【學(xué)位級別】：博士
【學(xué)位授予年份】：2015
【分類號】：R394
【目錄】：

• 摘要4-6
• Abstract6-11
• 1 緒論11-23
• 1.1 研究背景、目的、意義11-12
• 1.2 國內(nèi)外研究現(xiàn)狀12-21
• 1.3 本文的研究內(nèi)容21-23
• 2 文本挖掘在miRNA與癌癥關(guān)聯(lián)信息構(gòu)建中的應(yīng)用23-42
• 2.1 引言23-24
• 2.2 材料與方法24-31
• 2.3 結(jié)果31-40
• 2.4 討論40-41
• 2.5 本章小結(jié)41-42
• 3 基于文本挖掘的microRNA功能相關(guān)性預(yù)測42-61
• 3.1 引言42-43
• 3.2 材料與方法43-49
• 3.3 結(jié)果49-57
• 3.4 討論57-59
• 3.5 本章小結(jié)59-61
• 4 多環(huán)境下的油菜開花期相關(guān)基因的全基因組分析61-85
• 4.1 引言61-63
• 4.2 材料與方法63-69
• 4.3 結(jié)果69-81
• 4.4 討論81-83
• 4.5 本章小結(jié)83-85
• 5 基于網(wǎng)絡(luò)的多環(huán)境下油菜含油量全基因組定位85-104
• 5.1 引言85-86
• 5.2 材料與方法86-90
• 5.3 結(jié)果90-101
• 5.4 討論101-103
• 5.5 本章小結(jié)103-104
• 6 總結(jié)與展望104-106
• 致謝106-107
• 參考文獻107-129
• 附錄 攻讀博士期間論文發(fā)表情況129

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本文編號：720263