微生物基因组必需基因及复制起始点的分析

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微生物与人类生活关联紧密,在医学、制药、食品、环保、农业等各个领域都有广泛的应用。高通量测序技术的迅猛发展,为我们带来大量的微生物基因组数据,这也为微生物基因组的生物信息学研究提供了基础。在特定的条件下,生物体维持其基本生命活动所必不可少的基因,叫做必需基因。在基因复制过程中,DNA复制开始的位置叫做复制起始点。必需基因和复制起始点都是维持生物体正常生存和繁殖所必不可少的基因组元件。本文主要围绕上述两者展开了一些统计、分析和预测工作。文章的第一部分主要分析了微生物基因组的必需基因。首先对27种微生物的必需基因和非必需基因编码蛋白质的亚细胞位置进行了统计学分析。分析发现,必需基因编码的蛋白质更多的分布在细胞质中,而非必需基因编码的蛋白质在细胞被膜和细胞外部结构中分布的比例要高于必需基因编码蛋白质的分布比例。通过检验必需基因富集的GO号(Gene Ontology terms),也得到了与统计学分析结果一致的结论。另外,我们还汇总了几种生物必需基因的预测方法,并评价了各自特点。最后用已知的30种细菌的必需基因数据对预测必需基因的网络服务的预测性能进行了检验。这一部分的工作,有助于全面了解微生物必需基因的特性,而且能为微生物必需基因的理论预测识别提供更全面的参考。文章的第二部分主要对微生物基因组的复制起始点进行了分析和预测。酿酒酵母是一种真核微生物,也是最简单的真核生物,对其复制起始点的研究,有助于加深人们对复制调控机制的理解。我们首先对比了五种酵母复制起始点序列的保守片段和GC含量,发现复制起始点序列中的GC含量比基因组序列中的要低。之后又对酿酒酵母基因组自主复制序列保守序列ACS匹配片段进行了聚集性分析,发现了高成簇性的ACS匹配片段与酿酒酵母复制起始点具有较高的重合性。最后我们又基于Z曲线方法,使用支持向量机建立了复制起始点预测模型。在使用69’参数时,该预测模型在十重交叉验证和留一法验证中的预测准确率分别可以达到82.52%和82.86%。该研究表明DNA序列的三核苷酸特征对酿酒酵母复制起始点的选择具有一定影响。
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