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生殖生物学相关的生物信息工具和数据库的开发

张远伟  
【摘要】:在本文中,我对过去几年在生殖生物学领域的生物信息学方面所做的工作进行了总结。我主要的研究工作是在生殖生物学领域对小RNA进行计算研究。MicroRNA (miRNA)作为目前己知小RNA中最重要的一类,其研究的方法和手段也最为丰富,因而也是目前研究最深入的小RNA。MiRNA具有时空特异性表达的特点,可以通过降解mRNA或抑制翻译来实现对基因表达的调控,进而影响生物的发育进程或疾病发生过程。然而纯粹利用实验的手段来发现novel miRNA以及对其靶基因进行筛选往往需要耗费大量的人力和物力,因而制约了相关研究的进展速度。通过计算生物学的方法对novel miRNA及其靶基因预先进行计算分析,可以大大消减备选的novel miRNA和miRNA靶基因的数量,这对于后续的体内和体外实验具有很大的指导意义。 随着高通量测序技术的发展,二代测序仪被广泛应用于样品中小RNA的定量分析。然而,仅仅获得小RNA,尤其是miRNA的表达信息并不能够对后续的实验提供太多指导。相关实验研究人员需要的是一个具有简单操作界面的、系统的在线分析平台。通过网页上传测序数据,选定参数后,服务器端自动完成小RNA的分类和定量,针对其中miRNA进行靶基因预测,并且针对靶基因进行GO、pathway和蛋白相互作用的分析。最终通过网页,向用户展示样本中有哪些GO和pathway被富集,初步推测哪些miRNA可能通过哪些pathway调节被研究的生物过程或疾病过程。另外,在生殖生物学领域,构建专业的知识数据库,收集已报道的功能蛋白,进行分类、注释和系统分析是十分必要的。结合目前已有的数据库中收录的蛋白和基因芯片的表达量信息,对潜在的功能基因进行预测。对预测的功能基因做进一步的分类注释,并整合到知识数据库中。这种专业的知识数据库对总结现有研究成果和指导未来的研究方向有很大意义。我们针对以上提到的各个方向开发了相应的工具或数据库。针对novel miRNA的预测和miRNA的靶基因预测分别开发了在线工具miRD和SMESE。针对二代测序数据分析,我们开发了在线数据分析平台CPSS。针对雌性和雄性生殖方向,我们分别开发了FollADO和SpermatogenesisOnline两个知识数据库。


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