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Gclust:A Parallel Clustering Tool for Microbial Genomic Data

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Genomics, Proteomics & Bioinformatics 2019年第5期17卷 496-502页

作者： Ruilin Li Xiaoyu He Chuangchuang Dai Haidong Zhu Xianyu Lang Wei Chen Xiaodong Li Dan Zhao Yu Zhang Xinyin Han Tie niu Yi Zhao Rongqiang Cao Rong He Zhonghua Lu Xuebin Chi Weizhong Li beifang niu Computer Network Information Center Chinese Academy of SciencesBeijing 100190China University of Chinese Academy of Sciences Beijing 100190China Center of Scientific Computing Applications&Research Chinese Academy of SciencesBeijing 100190China Guizhou University School of Medicine Guiyang 550025China J.Craig Venter Institute La JollaCA 92037USA

The accelerating growth of the public microbial genomic data imposes substantial burden on the research community that uses such *** databases for non-redundant reference sequences from massive microbial genomic data based on clustering analysis is ***,existing clustering algorithms perform poorly on long genomic *** this article,we present Gclust,a parallel program for clustering complete or draft genomic sequences,where clustering is accelerated with a novel parallelization strategy and a fast sequence comparison algorithm using sparse suffix arrays(SSAs).Moreover,genome identity measures between two sequences are calculated based on their maximal exact matches(MEMs).In this paper,we demonstrate the high speed and clustering quality of Gclust by examining four genome sequence *** is freely available for non-commercial use at https://***/niu-lab/*** also introduce a web server for clustering user-uploaded genomes at http://***/gclust.

关键词： Microbial genome clustering Parallelization Sparse suffix array Maximal exact match Segment extension

分子空间结构比较方法优化与点部署的并行实现

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计算机研究与发展 2005年第6期42卷 1047-1052页

作者：郎显宇牛北方沈斌陆忠华迟学斌中国科学院计算机网络信息中心超级计算中心

分子空间结构相似性比较的指标函数可以定量地描述两个分子空间结构相似性大小,但难题在于如何确定分子初始相对位置,以保证得到全局最优叠合.由于以往都是利用程序随机生成初始相对位置,所以没有规则也不确定.为保证得到全局最优叠合,... 详细信息

分子空间结构相似性比较的指标函数可以定量地描述两个分子空间结构相似性大小,但难题在于如何确定分子初始相对位置,以保证得到全局最优叠合.由于以往都是利用程序随机生成初始相对位置,所以没有规则也不确定.为保证得到全局最优叠合,需要大量的初始相对位置优化计算.利用“均匀设计”的实验设计手段,在空间规则地筛选部署分子初始相对位置,使其具有代表性和均匀分布性,这样只需少数确定数目的初始相对位置,便可以稳定地得到指标函数的全局最优解.而后利用并行处理方法,把初始相对位置集合部署在Np个处理器上同时工作,大幅度地减少了运行时间,并输出与串行执行相同的运算结果.

关键词：相似性指标函数全局优化叠合 “均匀设计”

Comparative genomic and transcriptomic analyses uncover the molecular basis of high nitrogen-use efficiency in the wheat cultivar Kenong 9204

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Molecular Plant 2022年第9期15卷 1440-1456页

作者： Xiaoli Shi Fa Cui Xinyin Han Yilin He Long Zhao Na Zhang Hao Zhang Haidong Zhu Zhexin Liu Bin Ma Shusong Zheng Wei Zhang Jiajia Liu Xiaoli Fan Yaoqi Si Shuiquan Tian Jianqing niu Huilan Wu Xuemei Liu Zhuo Chen Deyuan Meng Xiaoyan Wang Liqiang Song Lijing Sun Jie Han Hui Zhao Jun Ji Zhiguo Wang Xiaoyu He Ruilin Li Xuebin Chi Chengzhi Liang beifang niu Jun Xiao Junming Li Hong-Qing Ling State Key Laboratory of Plant Cell and Chromosome Engineering Institute of Genetics and Developmental BiologyInnovation Academy for Seed DesignChinese Academy of SciencesBeijing 100101China Key Laboratory of Molecular Module-Based Breeding of High Yield and Abiotic Resistant Plants in Universities of Shandong College of AgricultureLudong UniversityYantai 264025China Computer Network Information Center Chinese Academy of SciencesBeijing 100190China Center for Agricultural Resources Research Institute of Genetics and Developmental BiologyChinese Academy of SciencesShijiazhuang 050022China State Key Laboratory of Plant Genomics Institute of Genetics and Developmental BiologyInnovation Academy for Seed DesignChinese Academy of SciencesBeijing 100101China College of Advanced Agricultural Sciences University of Chinese Academy of SciencesBeijing 100049China School of Computer Science and Technology University of Chinese Academy of SciencesBeijing 100049China CAS-JIC Centre of Excellence for Plant and Microbial Science Institute of Genetics and Developmental BiologyChinese Academy of SciencesBeijing 100101China Yazhou Bay Seed Laboratory of Hainan Province Sanya 572019China

Studying the regulatory mechanisms that drive nitrogen-use efficiency(NUE)in crops is important for sustainable agriculture and environmental *** this study,we generated a high-quality genome assembly for the high-NUE wheat cultivar Kenong 9204 and systematically analyzed genes related to nitrogen uptake and *** comparative analyses,we found that the high-affinity nitrate transporter gene family had expanded in *** studies showed that subsequent functional differentiation endowed the expanded family members with saline inducibility,providing a genetic basis for improving the adaptability of wheat to nitrogen deficiency in various *** explore the genetic and molecular mechanisms of high NUE,we compared genomic and transcriptomic data from the high-NUE cultivar Kenong 9204(KN9204)and the low-NUE cultivar Jing 411 and quantified their nitrogen accumulation under high-and low-nitrogen *** with Jing 411,KN9204 absorbed significantly more nitrogen at the reproductive stage after shooting and accumulated it in the shoots and *** data analysis revealed that nitrogen deficiency clearly suppressed the expression of genes related to cell division in the young spike of Jing 411,whereas this suppression of gene expression was much lower in *** addition,KN9204 maintained relatively high expression of NPF genes for a longer time than Jing 411 during seed *** and transcriptome data revealed that KN9204 was more tolerant of nitrogen deficiency than Jing 411,especially at the reproductive *** high NUE of KN9204 is an integrated effect controlled at different *** together,our data provide new insights into the molecular mechanisms of NUE and important gene resources for improving wheat cultivars with a higher NUE trait.

关键词： wheat genome sequencing spatiotemporal gene expression expansion and differentiation of gene family nitrogen use efficiency Kenong 9204

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一种轻量级分布式作业管理系统的设计与实现

科研信息化技术与应用 2019年第1期10卷 31-37页

作者：张裕牛北方中国科学院大学计算机网络信息中心

信息技术的迅猛发展使得单机服务器已很难满足企业和科研中多租户、多任务的计算需求,如何有效地组织和协调多机进行服务同时屏蔽底层实现细节、减少用户的学习和使用成本则是当前分布式系统研究的难点和重点。为了实现多机之间的分布... 详细信息

信息技术的迅猛发展使得单机服务器已很难满足企业和科研中多租户、多任务的计算需求,如何有效地组织和协调多机进行服务同时屏蔽底层实现细节、减少用户的学习和使用成本则是当前分布式系统研究的难点和重点。为了实现多机之间的分布式作业调度,减少运维和学习成本,本文设计与实现一种轻量级的分布式作业管理系统,理论与实践结果表明该系统能够有效地完成多机之间任务的调度和执行,具备良好的容错能力和可扩展性。

关键词：分布式作业管理系统作业调度轻量级主从模式 Web监控

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基因组变异检测分析流程

数据与计算发展前沿（中英文） 2024年第5期6卷 139-147页

作者：栾海晶牛北方中国科学院计算机网络信息中心北京100083 中国科学院大学北京100049

【目的】探讨基因组变异检测的分析流程及其局限性。【文献范围】本文收集并综述了与基因组变异检测流程相关的研究文献。【方法】首先简要概述了基因组变异检测分析流程,深入介绍数据质控的3个关键环节:原始数据质量控制、比对质量控... 详细信息

【目的】探讨基因组变异检测的分析流程及其局限性。【文献范围】本文收集并综述了与基因组变异检测流程相关的研究文献。【方法】首先简要概述了基因组变异检测分析流程,深入介绍数据质控的3个关键环节:原始数据质量控制、比对质量控制和变异调用质量控制。接着,从read比对、排序和去除重复序列三方面介绍数据预处理。随后,针对变异检测,从变异数据检测、质控、过滤和注释4个方面进行总结。最后,对存在的问题进行总结和展望。【结果】随着下一代测序技术的发展,基因组变异检测流程将变得更加高效、精确且具可扩展。【局限】面临测序长度限制和在临床实验室中的应用验证等挑战。【结论】该流程对了解基因组变异检测分析流程的现状及其发展趋势具有重要的研究意义。

关键词：数据预处理质量控制变异检测全基因组测序变异注释

国家高性能计算环境的虚拟数据空间运行支撑技术研究

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大数据 2021年第2期7卷 158-171页

作者：何小雨邓笋根栾海晶牛北方中国科学院计算机网络信息中心北京100190 中国科学院大学北京100190

国家高性能计算环境的特点是广域分散、系统异构、存储资源隔离自治,这对存储设备管理、数据跨域共享等提出了极大的挑战。首先阐述了虚拟数据空间系统的概念,然后分析了其作为国家高性能计算环境的一部分,如何通过视图访问、数据共享... 详细信息

国家高性能计算环境的特点是广域分散、系统异构、存储资源隔离自治,这对存储设备管理、数据跨域共享等提出了极大的挑战。首先阐述了虚拟数据空间系统的概念,然后分析了其作为国家高性能计算环境的一部分,如何通过视图访问、数据共享、计算环境对接有效降低跨域的访问开销;接着通过模块化方式将虚拟数据空间系统与国家高性能计算环境进行深度的融合,将其功能补充到国家高性能计算环境中;最后通过统一的虚实空间用户管理框架实现了跨域统一、透明安全的存储服务和对大型计算应用的支撑,这对于国家高性能计算环境的发展具有十分重要的意义。

关键词：虚拟数据空间系统国家高性能计算环境数据分布用户视图环境集成

基于卷积神经网络的皮肤病诊断多二分类器研究

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高技术通讯 2022年第10期32卷 1025-1035页

作者：代闯闯栾海晶杨雪莹过晓冰牛北方陆忠华中国科学院计算机网络信息中心北京100190 中国科学院大学北京100049 联想研究院北京100094

近年来,随着深度学习技术的日益普及与发展,卷积神经网络(CNN)被广泛应用于辅助医学诊断,并在医学影像诊断领域取得了重要的研究成果。本研究基于皮肤病数据种类繁多、特征不显著等特点,引入多二分类的研究方法搭建了从医学影像到计算... 详细信息

近年来,随着深度学习技术的日益普及与发展,卷积神经网络(CNN)被广泛应用于辅助医学诊断,并在医学影像诊断领域取得了重要的研究成果。本研究基于皮肤病数据种类繁多、特征不显著等特点,引入多二分类的研究方法搭建了从医学影像到计算机辅助诊断的框架,解决了目前皮肤病难以区分的问题,并在常见的皮肤病分类识别问题中得到具体检验。首先,本研究以3类常见的皮肤病数据集(白癜风、痤疮和银屑病)为例,实现了图像数据的增强、分割、多二分类器的构建、图像块的分类、皮肤病的判别等完整的工作流程。其次,在分组数据交叉验证下,三分类判别准确率为0.8320,四分类判别的准确率达到0.9125。最后,为了获得更高的准确率,在随机森林方法结果不理想的情况下,本研究引入了多二分类器网络架构,准确率达到了0.9377。

关键词：辅助医学诊断卷积神经网络(CNN) 皮肤病多二分类器

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面向国家高性能计算环境的虚拟数据空间系统

大数据 2021年第2期7卷 101-122页

作者：秦广军肖利民张广艳牛北方陈志广北京联合大学智慧城市学院北京航空航天大学计算机学院软件开发环境国家重点实验室清华大学计算机科学与技术系中国科学院计算机网络信息中心中国科学院大学中山大学计算机学院

高性能计算环境是支撑国家科技创新、经济发展、国防建设的核心信息基础设施,世界高性能计算强国纷纷建设基于多超算中心资源的广域高性能计算环境。然而,高性能计算环境中资源种类繁多且地域分布广,无法有效发挥资源的聚合效应,难以满... 详细信息

高性能计算环境是支撑国家科技创新、经济发展、国防建设的核心信息基础设施,世界高性能计算强国纷纷建设基于多超算中心资源的广域高性能计算环境。然而,高性能计算环境中资源种类繁多且地域分布广,无法有效发挥资源的聚合效应,难以满足大型应用对广域分布数据的统一管理和高效访问需求。为此,提出了一套可用于构建广域全局虚拟数据空间的完整技术体系,包括虚拟数据空间模型、跨域虚拟数据空间构建、广域环境中数据高效迁移、广域环境中存算协同调度、跨域高并发数据聚合处理等技术,并研发了一个可运行于国家高性能计算环境的虚拟数据空间系统,可有效支撑广域分散异构存储资源的统一高效访问,实现广域环境中分布数据的跨域共享和协同处理。目前,该软件系统已在国家高性能计算环境实验性部署,并验证了分子对接、全基因组关联分析、天气预报模式3类典型大型应用。验证结果表明,所研虚拟数据空间构建方法和系统可有效聚合广域分散的存储资源,满足大型应用的数据空间需求。

关键词：高性能计算环境大型计算问题虚拟数据空间广域分布式存储统一命名空间

基于机器学习的基因组微卫星状态探测方法综述

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数据与计算发展前沿 2021年第3期3卷 126-135页

作者：张舒莹韩鑫胤何小雨袁丹阳栾海晶李瑞琳何佳茵牛北方中国科学院计算机网络信息中心北京100190 中国科学院大学北京100049

【目的】探讨机器学习在基因组微卫星状态检测方法中的应用及未来研究方向。【文献范围】本文收集了微卫星状态检测方法相关文献。【方法】首先简要介绍微卫星状态检测的意义和常用的检测手段,其次对目前主流的基于机器学习的检测方法... 详细信息

【目的】探讨机器学习在基因组微卫星状态检测方法中的应用及未来研究方向。【文献范围】本文收集了微卫星状态检测方法相关文献。【方法】首先简要介绍微卫星状态检测的意义和常用的检测手段,其次对目前主流的基于机器学习的检测方法进行详细介绍,最后展望未来机器学习在微卫星状态检测领域中的研究方向。【结果】基于机器学习的检测方法从大量测序数据中迭代学习,获取影响微卫星不稳定性的关键特征,该类检测方法可以取得较好的预测效果。【局限】检测方法使用的数据类型各异,本文中无法使用同一数据集对各个检测方法进行实验比较。【结论】机器学习已广泛应用于微卫星状态检测领域,提高检测方法的适用性以及从外周血样本中检测微卫星状态,是机器学习在此领域的未来研究方向。

关键词：机器学习基因组微卫星不稳定性测序数据关键特征