關(guān)于偽扭結(jié)RNA序列和結(jié)構(gòu)關(guān)系的一些研究.pdf

1、本文的研究對(duì)象是現(xiàn)行所知的作為生命關(guān)鍵組成部分之一的一類生物分子一核糖(RNA)分子。之前的研究發(fā)現(xiàn)，RNA二級(jí)結(jié)構(gòu)以及RNA偽扭結(jié)結(jié)構(gòu)在我們自然界生命職能中起著極其重要的作用，并且一部分RNA在分子中具有反應(yīng)活性。更重要的是對(duì)偽扭結(jié)結(jié)構(gòu)的研究可以使我們更進(jìn)一步的了解其空間結(jié)構(gòu)和性能。然而目前對(duì)RNA分子序列結(jié)構(gòu)關(guān)系的研究大部分還僅僅停留在二級(jí)結(jié)構(gòu)的層面上。在本文中我們將對(duì)RNA序列結(jié)構(gòu)關(guān)系的研究拓展到了偽扭結(jié)結(jié)構(gòu)層面上來(lái)，涵蓋了三不交

2、和拓?fù)涞谝活悅闻そY(jié)RNA等研究?jī)?nèi)容，主要包括以下4個(gè)章節(jié)。
　　 第一章，介紹相關(guān)背景知識(shí)。首先描述了所研究的RNA模型以及二級(jí)結(jié)構(gòu)、偽扭結(jié)結(jié)構(gòu)的定義和刻畫(huà)方式。RNA序列和結(jié)構(gòu)之間的關(guān)系可以看作是從序列空間到結(jié)構(gòu)空間的一個(gè)由某個(gè)折疊算法導(dǎo)出的多對(duì)一的映射。在這個(gè)映射中，每一個(gè)序列對(duì)應(yīng)一個(gè)最小自由能結(jié)構(gòu)。同時(shí)給定一個(gè)RNA結(jié)構(gòu)，它的原象即所有折疊成該結(jié)構(gòu)的序列形成一個(gè)連通的中立網(wǎng)絡(luò)。在最后我們重點(diǎn)介紹了二級(jí)結(jié)構(gòu)的相關(guān)結(jié)果和RNA

3、結(jié)構(gòu)的基本組成元素。
　　 第二章，我們對(duì)從RNA序列到三不交偽扭結(jié)結(jié)構(gòu)的映射進(jìn)行了多種統(tǒng)計(jì)分析。從分析中得到了一些RNA中立網(wǎng)絡(luò)的重要特性，包括偽扭結(jié)率、支配偽扣結(jié)結(jié)構(gòu)形狀分布、中立路、中立鄰接情況和局部連通性等。此模型不僅使我們可以了解序列和結(jié)構(gòu)之間的關(guān)系，而且可以用來(lái)研究中立性對(duì)RNA進(jìn)化的影響。研究結(jié)果表明：同二級(jí)結(jié)構(gòu)相比，三不交偽扭結(jié)結(jié)構(gòu)更適合用來(lái)研究分子的中立進(jìn)化性。從而最后進(jìn)一步得出結(jié)論，偽扭結(jié)結(jié)構(gòu)RNA存在中立網(wǎng)

4、絡(luò)。
　　 第三章，我們?cè)O(shè)計(jì)出RNA反預(yù)測(cè)啟發(fā)式算法。在研究自然界RNA結(jié)構(gòu)、搜索新核糖體、設(shè)計(jì)人工RNA過(guò)程中，找到能夠折疊成某個(gè)特定結(jié)構(gòu)并進(jìn)一步分析他們所形成的中立網(wǎng)絡(luò)性質(zhì)顯得尤為重要。但是現(xiàn)存的RNA設(shè)計(jì)算法，包括RNAinverse，RNA-SSD和INFO-RNA等，僅僅能夠滿足于對(duì)二級(jí)結(jié)構(gòu)的處理。為解決這一矛盾，我們給出了一個(gè)啟發(fā)式算法Inv，設(shè)計(jì)對(duì)象是三不交標(biāo)準(zhǔn)偽扭結(jié)結(jié)構(gòu)，這是將RNA結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)能力拓展到偽扭結(jié)結(jié)構(gòu)的

5、第一個(gè)算法。通過(guò)實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證，本算法不僅可以設(shè)計(jì)不交RNA結(jié)構(gòu)序列，更重要的是可以設(shè)計(jì)偽扭結(jié)結(jié)構(gòu)序列。此算法可以用來(lái)研究RNA的結(jié)構(gòu)和職能，為作為處理一些未解決的醫(yī)學(xué)問(wèn)題的提供有效工具。除此之外，我們通過(guò)將二相容序列的思想和Inv相結(jié)合，使得可以用此來(lái)衡量?jī)蓚€(gè)不同中立網(wǎng)絡(luò)之間的距離。此算法的ANSIC99實(shí)現(xiàn)可以從網(wǎng)站 HTTP：//www.combinatorics.cn/cbpc/inv.html自由免費(fèi)獲取。
　　 第四章，我

6、們研究從RNA序列到第一類拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)的映射性質(zhì)。對(duì)這一類偽扭結(jié)RNA的統(tǒng)計(jì)特性作出分析，同時(shí)將之與通過(guò)折疊大量隨機(jī)序列生成的最小自由能的同類結(jié)構(gòu)數(shù)據(jù)相比較。堿基對(duì)、螺旋棒、針頭圈、凸圈和內(nèi)圈等是RNA結(jié)構(gòu)的基本組成元素，通過(guò)計(jì)算它們的二維生成函數(shù)并運(yùn)用中心極限定理的方法來(lái)分別分析它們個(gè)數(shù)的分布情況，得出的結(jié)果表明這五種組成元素都是隨著分子結(jié)構(gòu)長(zhǎng)度的增加呈線性遞增。同時(shí)，對(duì)給定的一個(gè)足夠大的長(zhǎng)度n，在2≤T≤7的取值范圍內(nèi)，堿基對(duì)的平均個(gè)數(shù)