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基因组重复度量化及重复序列从头鉴定

冯聪  
【摘要】:重复序列在各类生物基因组中广泛分布,并且已被证明在基因组调控和演化过程中起着重要作用。快速、准确地鉴定基因组中的重复序列一直是生物信息学领域中一个具有挑战性的问题。为了弥补基于重复序列库方法的缺点,一些基于k-mer计数的工具根据k-mer频次计算重复度得分来从头检测基因组中的重复序列。尽管这些工具的时间、空间复杂度较低且识别表现良好,但它们在重复度计算,重复序列边界区分,对区段重复的检测敏感度等方面仍有待改善。此外,虽然这些工具提出了量化重复度的方法,但是其应用局限于重复序列的检测,而其中蕴含的定量特征并未得到深入研究。因此,本研究提出了一种基于加权k-mer覆盖度的新型计算方法,并将其用于基因组序列重复度量化分析,重复序列从头检测及比较基因组学分析。本研究的主要内容及结果如下:(1)基于加权k-mer覆盖度实现了更直观、更准确的序列重复度定量并构建了人类全基因组重复度图谱;(2)基于人类基因组重复度图谱发现序列重复度与基因组结构,转座元件演化,表观修饰信号及基因组可匹配度之间具有一定相关性;(3)基于重复度图谱开发了新的重复序列从头检测工具Rep Loc,采用新的重复单元定位和合并方法直接从重复度图谱中识别重复序列,提高了检测敏感度和特异度;(4)基于跨物种基因组重复度提出了一种新的计算物种进化距离的方法RDis,以大肠杆菌E.coli/Shigella株系为案例的分析表明RDis可以从一定程度上避免基因组重组对进化关系划分产生的影响;(5)基于基因组浏览器构建了基因组重复度图谱可视化分析平台(http://bis.zju.edu.cn/reploc/),通过该平台可快速获取特定序列或常见物种基因组的重复度图谱及进行跨物种基因组重复度比较分析。本研究从一个新的角度对基因组任意区域的重复程度进行了量化分析,并根据重复度图谱的特征开发了一种高效的重复序列检测工具。此外,本研究还从定量角度探究了序列重复度与基因组各种特征之间的关联并进行了跨物种的基因组重复度比较分析,为更深入的基因组学研究提供新的见解。


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