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直系同源基因的识别方法与数据库

生命科学研究 2013年第3期17卷 274-277页

作者：杨婧黄原汪晓阳陕西师范大学生命科学学院中国陕西西安710062

直系同源(orthology)是指由于物种形成事件而享有共同祖先的基因之间的关系,直系同源基因之间通常具有相似的结构和生物学功能.由于基因组和转录组序列的快速积累,精确的识别直系同源基因有助于功能基因的注释,比较和进化基因组学研究.... 详细信息

直系同源(orthology)是指由于物种形成事件而享有共同祖先的基因之间的关系,直系同源基因之间通常具有相似的结构和生物学功能.由于基因组和转录组序列的快速积累,精确的识别直系同源基因有助于功能基因的注释,比较和进化基因组学研究.综述了现有的识别直系同源基因的主要方法,并列举了由此构建的数据库.这些方法可以归纳为三大类,第一类是基于序列相似性的方法,具有识别速度快以及灵敏度高等优点;第二类是基于构建系统发育树的方法,具有准确性高和信息量大等优点;第三类是将上述两种方法结合起来的混合方法,更好地平衡了灵敏性和准确性.最后总结了识别过程所面临的问题.

关键词：直系同源直系同源识别数据库

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直系同源基因的多算法协同在茶树NF-Y基因家族的应用研究

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直系同源基因的多算法协同在茶树NF-Y基因家族的应用研究

作者：张迪安徽农业大学

学位级别：硕士

生物信息学是通过充分利用计算机结合生物学、信息学、数学、统计学等工具,对大量生物数据进行有效分析,最终获取有价值有意义的生物信息的研究领域。基于直系同源基因和多算法协同对物种的基因家族的研究一直是生物信息学的重点和热点... 详细信息

生物信息学是通过充分利用计算机结合生物学、信息学、数学、统计学等工具,对大量生物数据进行有效分析,最终获取有价值有意义的生物信息的研究领域。基于直系同源基因和多算法协同对物种的基因家族的研究一直是生物信息学的重点和热点,而根据转录组数据进行基因家族生物功能的预测同样是极其有效的分析手段。NF-Y基因是植物中的一种转录因子,在植物的生长过程和抗逆境过程中都扮演着重要的角色,而该基因在茶树中的存在形式以及拥有的生物功能并未被充分研究。基于此研究背景,本研究基于茶树的全基因组以及NF-Y直系同源基因运用多种算法的结合对茶树的NF-Y基因家族进行了多层次的研究分析,并对其生物学功能进行了有效的预测。本研究中,对茶树的基因组、全组织和多环境的转录组结合多种算法进行了 NF-Y基因家族的挖掘和鉴定,对茶树NF-Y基因家族结合多种算法的结合对其理化性质以及基因结构进行了多层次的分析。同时对茶树NF-Y基因家族的物种进化和分化时间进行了有效的分析,并根据直系同源基因所构建的进化树对茶树NF-Y基因的生物功能进行了可靠的预测。最后根据茶树多种状态下的转录组数据运用多算法协同进行了转录组数据分析,根据分析的结果对茶树NF-Y基因家族的生物功能进行了进一步的预测。主要研究结果如下:1.通过多种算法的结合,从茶树全基因组数据中得到了 NF-Y基因家族,其中NF-YA类基因有9条,NF-YB类基因有16条而NF-YC类基因有10条,同时研究还表明茶树NF-Y基因家族的序列具有较高的保守性。2.通过多算法协同对茶树NF-Y基因家族的理化性质和结构进行了分析,研究表明茶树NF-Y基因蛋白是亲水的脂溶性稳定蛋白,而且预测的三级结构有较高的可靠性。3.基于直系同源基因对茶树NF-Y基因家族分化时间及进化树进行了分析,发现茶树NF-Y基因的复制事件大概发生在3218万年前至390万年前之间,茶树和猕猴桃的分化被发现发生在4900万年至1300万年前之间。通过进化树我们预测茶树NF-YA2和NF-YA8基因参与茶树的抗旱过程以及NF-YB12、NF-YB14和NF-YC7参与促进茶树开花的过程。4.基于茶树转录组数据对茶树NF-Y基因家族的生物功能进行了预测,我们能够预测茶树NF-Y基因家族中NF-YA6等四条基因在茶树抗寒冷逆境中生长起着有效作用,而NF-YA5、NF-YA7等七条基因在茶树处于干旱逆境中参与了其抗旱调控机制。

关键词：茶树 NF-Y 生物信息学直系同源多算法协同

人、大鼠和小鼠细胞色素P450直系同源亚型比较

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药学服务与研究 2017年第2期17卷 81-86页

作者：李明明周婷徐峰南方医科大学附属奉贤医院药剂科上海201400

细胞色素P450是一组结构和功能相关的超家族基因编码的同工酶,参与内源性物质和外源性物质的代谢。根据氨基酸序列相似程度,依次将其分为家族、亚家族、亚型。P450在自然界各物种广泛存在。直系同源是指不同物种之间某一部分的基因序列... 详细信息

细胞色素P450是一组结构和功能相关的超家族基因编码的同工酶,参与内源性物质和外源性物质的代谢。根据氨基酸序列相似程度,依次将其分为家族、亚家族、亚型。P450在自然界各物种广泛存在。直系同源是指不同物种之间某一部分的基因序列具有的同源性,各物种直系同源序列保留着与原始基因或原始蛋白质相同的功能。人、大鼠和小鼠同属哺乳类动物,P450诸多亚型尽管各自为其种属所特有,但显示直系同源性,功能相似。对大鼠、小鼠P450亚型的研究,可预测人直系同源亚型的生理活性。本文对人、大鼠和小鼠这3个物种P450亚型的差异和同源性进行了归纳和总结,以期对临床试验和动物实验提供一定的参考。

关键词：细胞色素P450 直系同源亚型人大鼠小鼠综述

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人类长链非编码RNA在哺乳动物中直系同源序列的鉴定及数据库LongMan的建立

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人类长链非编码RNA在哺乳动物中直系同源序列的鉴定及数据库LongM...

作者：杨小雪南方医科大学

学位级别：硕士

研究背景和目的：真核生物基因组曾被认为主要由蛋白质编码基因组成,但近年来的研究发现人类基因组中仅有约2%的区域编码蛋白质,基因组产生的转录本中很大一部分并不编码蛋白质。其中,转录本长度大于200bp的非编码基因被称为长链非编码R... 详细信息

研究背景和目的：真核生物基因组曾被认为主要由蛋白质编码基因组成,但近年来的研究发现人类基因组中仅有约2%的区域编码蛋白质,基因组产生的转录本中很大一部分并不编码蛋白质。其中,转录本长度大于200bp的非编码基因被称为长链非编码RNA,由于不含编码阅读框,而一度被认为是转录噪音。长链非编码RNA最初只在人类和小鼠中被发现,但最近已被证实广泛存在于多细胞生物,包括哺乳动物、节肢动物、鱼类,甚至植物中也有分布。Ponjavic等人通过对小鼠、大鼠、人类的长链非编码RNA同源序列进行研究,发现它们承受了比中性序列更强的负选择压力。随后的实验研究揭示长链非编码RNA具有功能且在多种生理过程中发挥重要的作用,例如参与调控X染色体失活、基因印迹以及体细胞基因的动态表达等。长链非编码RNA在进化过程中既表现出了保守性又表现出了特异性：第一长链非编码RNA虽不编码蛋白质,但具有特定的二级结构。这些保守的二级结构往往与其功能保守相关,且选择压力作用于二级结构而非序列水平上,这使得长链非编码RNA序列往往出现补偿性突变,显现出序列保守性低而结构保守性高的特点;第二,和蛋白质编码基因相比,长链非编码RNA具有显著的种系特异性和组织特异性,其中种系特异性被认为可能与真核生物的基因表达调控网络进化及种间表型差异有关,而组织特异性则在个体发育及生理过程中起着重要作用;第三,长链非编码RNA内多含大量转座子,且种系特异性的转座子往往也分布在种系特异性的长链非编码RNA中,暗示着转座子活动很可能与长链非编码RNA的起源和进化相关。如ANRIL呈现显著的两阶段分歧进化特征,在兔形目、啮齿目与树鼩目、灵长目发生分歧后,兔形目与啮齿目分枝中发生外显子丢失现象直至在小鼠和大鼠中外显子完全丢失,而在树鼩目、灵长目中ANRIL则逐渐获得完整的外显子结构。在这个过程中,不断发生的转座子插入事件对于ANRIL外显子的序列及结构有着显著的影响。目前虽已有一些关于长链非编码RNA的功能机制报道,但对其进化和起源过程的了解仍只是冰山一角。由于长链非编码RNA数量众多,仅靠实验研究的方法无法对大量长链非编码RNA的进化与种系特异性进行快速分析,而严谨精细的计算分析则可胜任这一工作。由于长链非编码RNA参与包括转录调节及表观遗传修饰在内的多种生理过程的调控,它们的序列及表达水平异常会造成基因组修饰异常和基因表达异常,因此长链非编码RNA的异常表达与多种疾病发生密切相关。而大量灵长类种系特异性长链非编码RNA可能与大脑皮质发育相关,对其进行研究也有助于了解人类特有疾病的机制。采用计算分析的方法获取大量长链非编码RNA同源序列可直接确定序列的保守性和保守片段,同时鉴别种系特异性的插入/缺失现象,进而有助于分析长链非编码RNA的功能域和作用机制。随着在不同物种中发现的长链非编码RNA的数量越来越多,仅对单个或几个长链非编码RNA进行实验研究已无法满足长链非编码RNA的研究需求,通过生物信息学方法收集、整合与分析长链非编码RNA数据成为了长链非编码RNA功能研究的重要方向。《核酸研究》的数据库专辑等已报道了若干长链非编码RNA数据库,较常用的有lncRNAdb、lncRNAdisease、ChIPBase、Deepbase等。LncRNAdb提供经实验验证的长链非编码RNA注释信息,包括序列、物种、功能、表达等;由于大量由RNA-seq确定的长链非编码RNA功能尚未得到验证,目前的LncRNAdb v2.0仅收录了294条长链非编码RNA,其对分析新长链非编码RNA的功能作用有限。LncRNADisease对长链非编码RNA与疾病的关联关系进行注释,从500余篇论文中收录了322条长链非编码RNA和221种疾病,并对1564个人类长链非编码RNA进行了疾病相关性预测。根据长链非编码RNA调控基因组修饰的原理,一个长链非编码RNA可能导致何种疾病取决于其所调控的靶基因(蛋白质编码基因),因此预测它的靶基因对揭示长链非编码RNA与疾病的关系至关重要,而lncRNAdisease仅从长链非编码RNA与疾病的相关关系开始挖掘,无法深刻探讨长链非编码RNA的致病机理。ChIPBase根据ChIP-Seq数据对长链非编码RNA的转录结合位点与转录调节功能进行注释,但所包含的长链非编码RNA也较少。DeepBase则根据深度测序数据对非编码RNA进行鉴别和注释。值得提及的是,上述数据库只收录已获得功能注释的长链非编码RNA或专注于研究长链非编码RNA的转录机制,不收录长链非编码RNA在各物种中的同源序列,对于大规模的长链非编码RNA比较研究和功能分析帮助有限。基于上述,我们认为长链非编码RNA研究目前面临几个适用于生物信息学解决的问题：人类长链非编码RNA在哺乳动物中的进化特征如何?呈现出怎样的种系特异性?

关键词：长链非编码RNA LongMan 数据库直系同源进化分析

运用全局优化策略预测原核生物的直系同源基因

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运用全局优化策略预测原核生物的直系同源基因

作者：朱晓然山东大学

学位级别：硕士

为了预测原核生物中的直系同源关系,我们开发了一种新的算法,称之为GOST （Globally Optimized STrategy）。与现有方法所不同,我们考虑了原核生物操纵子的结构在进化过程中的保守性,并且采用全局优化策略,在两个物种的基因组之间所有... 详细信息

为了预测原核生物中的直系同源关系,我们开发了一种新的算法,称之为GOST （Globally Optimized STrategy）。与现有方法所不同,我们考虑了原核生物操纵子的结构在进化过程中的保守性,并且采用全局优化策略,在两个物种的基因组之间所有的许多同源关系中,识别出其中的直系同源关系。我们还将GOST的性能与其他3种较为流行的基于序列相似性的直系同源基因预测方法相比较,对大量的原核生物基因组序列做计算。从覆盖度和错误率的原则上看,GOST都要好于其他3种方法。同时,GOST的运算时效性也较高,可以在数分钟内计算出两条原核生物基因组之间的直系同源关系。

关键词：原核生物直系同源

双聚类算法用于基因组序列直系同源基因聚类的研究

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双聚类算法用于基因组序列直系同源基因聚类的研究

作者：王镠璞吉林大学

学位级别：硕士

随着人类基因密码解读完成,伴随而来的大量DNA序列资料,生物信息学领域产生了基因表达谱分析这个热门课题。基因表达谱分析的分析任务是从数据矩阵M中找出显著性结构。聚类方法是研究基因表达谱的一种有力工具。从生物学的角度,聚类分... 详细信息

随着人类基因密码解读完成,伴随而来的大量DNA序列资料,生物信息学领域产生了基因表达谱分析这个热门课题。基因表达谱分析的分析任务是从数据矩阵M中找出显著性结构。聚类方法是研究基因表达谱的一种有力工具。从生物学的角度,聚类分析方法所隐含的生物学意义或基本假设是,组内基因的表达谱相似,它们可能有相似的功能。通过基因聚类,可以得到一组或多组共表达的基因,在每组内,基因的表达谱非常类似,具有相似的表达模式。双聚类算法是近年来新出现的一种聚类方法,这种算法强调基因和条件同时聚类,从算法思想上有别于传统的聚类算法。其中Cheng &Church算法是现有几种算法中很主要的一种,它的思想是其它算法变化的原理。本文在分析Cheng & Church算法的基础上,对该算法做了具体的实现。本文的另一项重要工作是将双聚类算法应用于基因组序列中的直系同源基因上,设计了一种较新的建立物种进化系统发生树的方法,并使用公共数据库数据集进行了测试,与已有的物种进化树进行了比较。结果表明,新方法相对于全基因序列或者其它的建立系统发生树的方法干扰更小。新方法达到了预期的设计要求。

关键词：双聚类算法聚类分析直系同源基因序列系统发生树

直系同源蛋白在蛋白质互作网络中的特性及其受到microRNA调控的特点研究

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中国优生与遗传杂志 2009年第3期17卷 9-11页

作者：戴静珠李霞首都医科大学生物医学工程学院北京100069 哈尔滨医科大学生物科学与技术学院哈尔滨150081

目的直系同源蛋白具有非常重要的作用,研究其拓扑特性及其受到的microRNA调控是非常有意义的。方法本文采用Z-score测度,利用直系同源蛋白数据、蛋白质互作网络数据和microRNA靶基因数据,研究直系同源蛋白在蛋白质互作网络中的特性,及... 详细信息

目的直系同源蛋白具有非常重要的作用,研究其拓扑特性及其受到的microRNA调控是非常有意义的。方法本文采用Z-score测度,利用直系同源蛋白数据、蛋白质互作网络数据和microRNA靶基因数据,研究直系同源蛋白在蛋白质互作网络中的特性,及其受到microRNA调控的特点。结果研究结果发现直系同源蛋白在蛋白质互作网络中具有更高的连接度,其所对应的基因也受到更多的microRNA调控。结论研究结果揭示了直系同源蛋白具有更高的功能复杂性,而且microRNA倾向于调控较保守的、在网络中具有更高连接度的蛋白质。

关键词：直系同源 microRNA调控蛋白质互作网络保守性

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分析研究竹类植物有了“利器”

分析研究竹类植物有了“利器”

科技日报

作者：赵汉斌杨紫娟

竹类植物是竹亚科植物的总称，与水稻、小麦、大麦和燕麦同属于禾本科BOP分支，具有重要的经济、生态和文化价值。有效整理盘活海量的竹类组学和分类学信息数据，更好地服务竹类植物的系统进化和功能研究，已经成为研究人员和相关产业... 详细信息

竹类植物是竹亚科植物的总称，与水稻、小麦、大麦和燕麦同属于禾本科BOP分支，具有重要的经济、生态和文化价值。有效整理盘活海量的竹类组学和分类学信息数据，更好地服务竹类植物的系统进化和功能研究，已经成为研究人员和相关产业的迫切需求。近日，中国科学院昆明植物研......

关键词：竹类植物分类学基因簇直系同源相似性共线性信息平台竹亚科亚基因组

来源： cnki报纸评论

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西南大学科研团队发现调控寿命新基因

西南大学科研团队发现调控寿命新基因