病毒基因组生物信息可视化系统研究

论文摘要

随着人类基因组计划的初步完成,生物信息学的研究重点已悄然的从生物数据的积累转到生物数据的处理和信息提取。然而,在对DNA序列的研究过程中,代数学范畴的传统分析方法难以发挥人脑在模式识别方面的强大能力。本文以病毒基因组为研究对象,对其通用模型、序列Z曲线的构建、图形数据库建立等进行了研究。并在此基础上,构建新城疫病毒(Newcastle Disease Virus, NDV)生物信息可视化系统,具体研究内容如下:1.核酸序列Z曲线构建研究。主要在对经Z变换得到的空间数据点分析的基础上,给出一种基于包围盒的抽稀方案,应用该方案动态调整抽稀因子,实现对核酸序列所含生物遗传信息的多精度显示。实验表明,该方案既能对全基因组序列进行整体研究,又能对个别重要基因展开细节钻研,为序列同源性比较和分子进化研究提供了新思路。2.基于C/S模式的生物信息可视化系统模型研究。在总结给出生物信息可视化系统的一般工作流程的基础上,对传统C/S模式进行研究,提出一种基于C/S模式的生物信息可视化结构模型,该模型解决生物核酸序列数据的转换、处理、显示、分析等问题。3. NDV生物信息数据库的建立。针对不同格式序列文件结构、Z变换后的空间数据点数据结构、曲线属性数据结构,建立NDV生物信息数据库。通过矢量化曲线图,建立NDV病毒基因组核酸序列Z曲线图形数据库;然后建立核酸序列数据库;最后,实现图形数据库和序列数据库的挂接。4.生物信息可视化系统实现与应用。重点研究基于C/S模式的NDV生物信息可视化系统的设计与实现,并应用该系统进行生物信息显示、全基因组可视化分析以及不同基因序列可视化分析。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第一章 绪论
• 1.1 生物信息学概述
• 1.1.1 生物信息学的产生
• 1.1.2 生物信息学的发展现状
• 1.2 生物信息可视化技术
• 1.2.1 可视化技术概述
• 1.2.2 生物信息可视化技术发展现状
• 1.3 本论文研究意义和研究内容
• 1.3.1 论文研究意义
• 1.3.2 论文研究内容
• 第二章 生物信息可视化理论基础
• 2.1 DNA 序列概述
• 2.1.1 DNA 序列组成
• 2.1.2 DNA 序列可视化
• 2.2 DNA 序列Z 曲线理论
• 2.2.1 Z 变换
• 2.2.2 基于包围盒的抽稀算法的设计与实现
• 2.2.3 图形元素的选择
• 2.2.4 拟合函数的选择
• 2.3 本章小结
• 第三章 基于C/S 模式病毒基因组生物信息可视化系统的架构
• 3.1 通用系统需求分析
• 3.2 生物信息可视化系统工作流程
• 3.3 系统总体框架模型
• 3.3.1 C/S 模式介绍
• 3.3.2 C/S 体系结构
• 3.3.3 三层C/S 体系结构
• 3.4 模型说明
• 3.4.1 表示层（presentation layer）
• 3.4.2 应用层（application layer）
• 3.4.3 数据处理层（data process layer）
• 3.5 模型优点
• 3.6 本章小结
• 第四章 NDV 生物信息可视化系统的设计与实现
• 4.1 统一建模语言（UML）
• 4.2 系统分析
• 4.2.1 系统需求提出
• 4.2.2 可行性分析
• 4.2.3 UML 用例建模
• 4.3 系统设计
• 4.3.1 系统设计的基本原则
• 4.3.2 系统设计的目标
• 4.3.3 系统总体结构设计
• 4.4 系统基本功能
• 4.4.1 数据管理
• 4.4.2 序列处理
• 4.4.3 曲线编辑
• 4.4.4 Z 曲线图显示分析
• 4.5 系统开发工作流程
• 4.6 系统实现
• 4.6.1 软硬件环境
• 4.6.2 实现类图
• 4.7 本章小结
• 第五章 NDV 生物信息可视化系统的应用
• 5.1 系统主要界面
• 5.2 NDV 生物信息数据库的建立
• 5.2.1 DNA 序列文件的收集
• 5.2.2 NDV 生物信息数据库的建立
• 5.2.3 数据的查询与检索
• 5.2.4 数据的更新与维护
• 5.3 NDV 序列文件三维显示
• 5.3.1 NDV 序列文件转换
• 5.3.2 NDV 序列空间数据点抽稀
• 5.3.3 NDV 序列Z 曲线图旋转
• 5.3.4 NDV 序列Z 曲线图缩放
• 5.4 NDV 序列文件可视化分析
• 5.4.1 抽稀算法应用效果分析
• 5.4.2 NDV 全基因组序列可视化分析
• 5.4.3 NDV 不同基因序列可视化分析
• 5.4.4 不同病毒属的全基因组序列可视化分析
• 5.5 本章小结
• 第六章 总结与展望
• 6.1 本文工作总结
• 6.2 本文工作展望
• 参考文献
• 致谢
• 攻读学位期间发表学术论文目录
• 攻读学位期间参与科研项目