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小波变换在isochore边界识别中的应用

温省云  
【摘要】:哺乳动物(包括人类)基因组的mosaic结构,是在上个世纪七十年代中期分析牛基因组密度梯度平衡离心实验结果得出的结论。Bernardi et al研究发现人类的基因组是由许多isochore构成的,isochore是较长的(平均长度300 Kb)GC含量相对均匀的DNA片段,并且在不同的isochore家族中,基因的分布也是有区别的。随着人类基因组测序工作的进展,对其结构的分析已经发展到序列水平。本论文就是以张春霆教授提出的Z曲线理论为基础,结合小波变换多尺度分析理论,来识别isochore边界。我们以人类组织相容性复合体(MHC)、21和22号染色体最长的contig为研究对象。运用本算法识别出MHC序列中isochore Class III 和isochore Class II的分界点位于2,490,368 bp处。该结果同实验数据吻合得很好。同时该算法在21号染色体中识别出一段长度大约是7 Mb的基因和Alu含量都很少的isochore,。我们还发现21号染色体的GC含量比22号染色体GC含量均匀得多。与滑动窗口算法相比较,本算法在识别isochore边界上可以达到最高精度,即能够精确到单个碱基。与信息熵算法相比较,本算法更加直观且具有较小的计算量。我们研究得到的一个重要结论就是在人类基因组中的确存在一些分界点,在这些分界点的前后基因组的GC含量发生了很大的变化。这些“奇异点”都被认为是可能的isochore边界。本论文中提出的算法适用性广,可以用来分析任何基因组。 此外,我还对完全测序细菌、古细菌的基因组中的短基因(长度在90 bp和300 bp之间)进行了初步分析,建立一个短基因的数据库。


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