鸡microRNA新基因预测与检索自动化软件系统及Web可视化

论文摘要

MicroRNA是在真核生物中发现的内源性的非编码RNA,简称miRNA,长度大约为22至25个核苷酸。miRNA的主要作用是在基因转录后水平发挥调节作用,是一种重要的调节分子。它参与生命过程中一系列调节。miRNA的作用机制是通过作用于相应靶标来参与细胞调控。每个microRNA可以有多个靶基因,而几个miRNA也可以调节同一个基因。这种复杂的调节网络既可以通过一个miRNA来调控多个基因的表达,也可以通过几个miRNA的组合来精细调控某个基因的表达。自从第一个miRNA发现至今,很短的十几年时间内,有关miRNA的研究突飞猛进。目前,miRNA数据库（miRBase17.0）中的miRNA数量已达到15172条,虽然每一种生物的miRNA总数难以确定,生物信息学研究表明,miRNA占动物基因总数的1-5%,鸡的miRNA总数约为1000条（Stark 2005）。因此,还存在大量鸡miRNA未被发现。鸡是一种重要的经济动物,在人们生活生产中占有重要的地位,同时它也是重要的人类疾病研究模型。在miRBase17.0中,已经收录人类miRNA1424条,但是鸡的miRNA只有499条。已经收录在miRBase中的鸡的miRNA多数都是基于其保守性发现的,而基于序列保守性预测miRNA的方法准确性较低,而且速度太慢,难以在短时间内预测出大量miRNA。另一方面,基于序列保守性的预测方法也无法预测已经发现miRNA没有同源性的miRNA。本实验中,我们综合了以往关于miRNA研究发现的miRNA所具有的特征,将其抽象成相应的数学模型,作为筛选pre-miRNA的条件,采用Java语言开发了预测miRNA的软件包:GlaMiRFilter。另外,还基于支持向量机开发了一款鸡的pre-miRNA分类器:GluMiRPred。最后,我们还采用JSP语言开发了预测鸡的新miRNA的网络平台,为进一步研究鸡的miRNA提供支持。本研究利用miRBase中收录的鸡的pre-miRNAs构建了训练集和测试集,我们给予SVM训练得到预测模型Glutrain300125并利用测试集对我们的预测软件进行评价,发现其敏感度达到100%,特异性是88.4%,准确性是90.3%。这些结果证明GluMiPRed是一个有效区分鸡pre-miRNA的分类器,该分类器具有较高的准确性。最后,我们利用GluMiPRed对鸡的基因组进行扫描,预测得到了7471条候选鸡pre-miRNAs。目前,还没有一款miRNA预测软件是专门针对鸡的。为了验证我们开发的软件对鸡miRNA预测具有特异性,我们利用猪的miRNA构建了测试集进行检验,得到的结果是该软件在猪的数据集上的敏感度只有74%,从而证明该软件对鸡的miRNA预测具有特异性。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 文献综述
• 第一章 鸡miRNA 预测及相关自动化软件系统概述
• 1.1 miRNA 简介
• 1.1.1 miRNA 的发现
• 1.1.2 miRNA 的加工及生成过程
• 1.1.3 miRNA 的功能
• 1.1.4 miRNA 的作用机制
• 1.2 Java 语言在生物信息学中的应用
• 1.3 miRNA 的计算机识别
• 1.3.1 同源搜索法
• 1.3.2 基于比较基因组学预测miRNA
• 1.3.3 通过机器学习方法的预测miRNA
• 1.4 鸡miRNA 的研究现状
• 1.4.1 鸡miRNA 预测软件
• 1.4.2 鸡miRNA 预测web 平台
• 实验研究
• 第二章 基于支持向量机预测鸡miRNA
• 2.1 材料
• 2.1.1 实验数据
• 2.1.2 相关工具及软件
• 2.2 方法
• 2.2.1 序列前期处理
• 2.2.2 特征向量的提取
• 2.2.3 SVM 训练
• 2.2.4 序列特征编码及SVM 预测
• 2.3 结果
• 2.4 讨论
• 2.5 小结
• 第三章 鸡miRNA 预测软件GluMiRPred
• 3.1 材料
• 3.1.1 开发平台
• 3.1.2 所需软件
• 3.2 方法
• 3.3 结果
• 3.4 讨论
• 3.5 小结
• 第四章 鸡miRNA 预测web 平台
• 4.1 材料
• 4.1.1 开发平台
• 4.1.2 所需工具
• 4.2 方法
• 4.3 结果
• 4.4 讨论
• 4.5 小结
• 结论
• 参考文献
• 致谢
• 作者简介