基于DNA序列4D表示的相似性分析与进化树算法研究

论文摘要

随着人类基因组计划的开展,以及各种生物基因序列的研究,产生了越来越多的分子序列数据。对这些序列数据进行科学的分析、处理推动了生物信息学的发展。随着基因序列的增长,基因序列的图形表达方法已成为研究基因序列的重要手段,如何给出有效的基因序列图形表达方式并在此基础上对基因的分类以及基因进化关系进行分析是生物信息学中一个热门课题。本文在DNA序列图形表示方法、生物序列的相似性分析及进化树构建算法方面进行研究。本文给出了一个关于DNA序列的图形表示方法较为详细的综述,其中先从简单的2维表示方法入手,然后在2维表示方法的基础上介绍了3维的图形表示方法,最后给出了高维的表示方法。然而,论文的中心内容并不仅限于图形表示方法的研究,而是从基于图形表示的数值特征向量去进行DNA序列之间的相似性分析。在接下来的四、五章中,给出了作者提出的基于核苷酸物理化学性质的新表示方法和序列之间相似性分析。以11种生物的β-globin基因的第一外显子为例分析了序列间的相似性,并同其它文献中的相似性分析的结果进行了比较。在文章最后,简单介绍了作为DNA序列比较的一个应用——构造系统发生树,提出了最大树模糊聚类方法构造系统发生树。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 第一章 绪论
• 1.1 引言
• 1.2 研究背景及目的、意义
• 1.3 国内外研究现状与发展趋势
• 1.3.1 国外研究现状
• 1.3.2 国内研究现状
• 1.4 论文主要工作及结构安排
• 1.5 小结
• 第二章 生物信息学知识概论
• 2.1 什么是生物信息学
• 2.2 生物信息学产生的背景
• 2.3 计算机和数学在生物信息学中的作用
• 2.4 生物信息学的主要研究内容
• 2.4.1 序列比对（Alignment）
• 2.4.2 蛋白质结构预测，包括2级和3级结构预测
• 2.4.3 计算机辅助基因识别（仅指蛋白质编码基因）
• 2.4.4 非编码区分析和 DNA语言研究
• 2.4.5 分子进化和比较基因组学
• 2.4.6 序列重叠群（Contigs）装配
• 2.4.7 基于结构的药物设计
• 2.4.8 其他
• 2.5 生物信息学的基础知识
• 2.5.1 生物的分类
• 2.5.2 核酸
• 2.5.3 DNA的结构
• 2.5.4 中心法则
• 2.5.5 序列的相似性
• 2.6 小结
• 第三章 DNA序列的图形表示
• 3.1 二维坐标轴的图形表示方法
• 3.1.1 有退化的二维图形表示方法
• 3.1.2 非退化的二维图形表示方法
• 3.2 三维图形表示方法
• 3.2.1 G-曲线和 H-曲线
• 3.2.2 Z曲线
• 3.2.3 一种新的 DNA序列的3D图形表示
• 3.2.4 其他3D图形表示
• 3.3 DNA序列的高维表示
• 3.3.1 基于 DNA三联体的6D表示
• 3.3.2 基于碱基化学性质分类方法的4D表示
• 3.4 小结
• 第四章 基于 DNA序列4D表示的相似性分析
• 4.1 引言
• 4.2 序列相似性比对算法
• 4.2.1 序列相似性比对的动态规划算法
• 4.2.2 相似性搜索算法
• 4.3 基于图形的序列相似性分析
• 4.4 新的 DNA序列4D表示
• 4.5 基于4D表示的相似性分析
• 4.6 相似性分析算法
• 4.7 小结
• 第五章 系统发生树的构建
• 5.1 引言
• 5.2 系统发生树构建的常用方法
• 5.2.1 基于算法的方法
• 5.2.2 基于最优化原则的方法
• 5.3 不同构建系统发生树方法的比较
• 5.4 一种基于模糊聚类的构造进化树方法
• 5.4.1 模糊数学理论基础
• 5.4.2 最大树模糊聚类法
• 5.4.3 算法
• 5.4.4 实验结果与分析
• 5.5 系统发生树研究的发展方向
• 5.6 小结
• 第六章 论文的总结与展望
• 6.1 本文所做的工作总结
• 6.2 有待研究的问题
• 参考文献
• 致谢
• 攻读学位期间主要的研究成果