調(diào)控元件在全基因組上的識(shí)別研究以及在線分析平臺(tái)的構(gòu)建.pdf

1、基因表達(dá)調(diào)控是后基因時(shí)代研究的一個(gè)重點(diǎn)。作為基因轉(zhuǎn)錄調(diào)控信息的載體，轉(zhuǎn)錄調(diào)控元件在基因轉(zhuǎn)錄過程中起著重要的作用?；蛘{(diào)控物質(zhì)即轉(zhuǎn)錄因子通過與調(diào)控元件的相互作用，調(diào)節(jié)基因的轉(zhuǎn)錄，控制基因的表達(dá)。因此，分析和識(shí)別轉(zhuǎn)錄調(diào)控元件以及了解它們的功能是理解和解釋整個(gè)基因組行為的重要步驟。本文主要從基因組序列出發(fā)研究調(diào)控元件的發(fā)現(xiàn)、相互作用以及在基因組中各個(gè)區(qū)域的分布情況。工作主要分為四部分：算法的設(shè)計(jì)，平臺(tái)的搭建，調(diào)控元件分布分析，組合元件識(shí)別研究

2、。 算法的設(shè)計(jì)主要分為調(diào)控元件搜索算法和組合元件識(shí)別算法設(shè)計(jì)兩部分：在調(diào)控元件搜索算法方面，通過對現(xiàn)有搜索算法的比較和分析，確定利用模式(矩陣或者一致性序列)驅(qū)動(dòng)的思想來設(shè)計(jì)調(diào)控元件搜索算法。在組合元件識(shí)別方面，根據(jù)對組合元件的研究和理解認(rèn)為，構(gòu)成組合元件的兩個(gè)元件的結(jié)合部位之間的距離和先后順序很重要，它們的排列必須契合相互作用的轉(zhuǎn)錄因子間的三維空間結(jié)構(gòu)，使兩者能夠正確地結(jié)合。根據(jù)此提出了組合元件基于距離和方向的保守性的假設(shè)，并

3、且以此假設(shè)為基礎(chǔ)設(shè)計(jì)了組合元件的識(shí)別算法。 利用上面的算法，結(jié)合本實(shí)驗(yàn)室的兩個(gè)數(shù)據(jù)庫GSFD和GRI開發(fā)了轉(zhuǎn)錄調(diào)控元件的搜索和組合元件的識(shí)別平臺(tái)。該平臺(tái)主要功能分兩部分：第一，可以研究調(diào)控元件在基因組不同區(qū)域的分布分析，從而可以研究大規(guī)模的基因組不同功能區(qū)域調(diào)控信息的分布。提供了調(diào)控元件的兩種模式來進(jìn)行搜索，分別是矩陣和一致性序列。第二，可以判斷一對元件是否是組合元件，并且給出了一對組合元件與基因雙鏈結(jié)合的方式，這一點(diǎn)需要有一定

4、規(guī)模的基因組為基礎(chǔ)來進(jìn)行識(shí)別判斷。最后，對這兩部分工作都提供了結(jié)果的可視化并且可以在線使用該平臺(tái)。 以該平臺(tái)為基礎(chǔ)，研究了酵母全基因組以及人類20、21和22號(hào)染色體不同區(qū)域的豐度分析，并發(fā)現(xiàn)了一些有趣的現(xiàn)象，比如，在酵母基因組中研究發(fā)現(xiàn)，調(diào)控元件在基因上游區(qū)域豐度相對于其他區(qū)域明顯突出，而對人類基因組研究發(fā)現(xiàn)，確實(shí)發(fā)現(xiàn)基因上游區(qū)域的結(jié)合位點(diǎn)含量相對卻不是很高，而基因間區(qū)，內(nèi)含子區(qū)相對于外顯子區(qū)域卻含有較多的結(jié)合位點(diǎn)，因此我們猜

5、測，是不是人類基因組存在著更為復(fù)雜的調(diào)控體系? 在組合元件識(shí)別方面，對10個(gè)調(diào)控元件兩兩之間共55對元件進(jìn)行了系統(tǒng)的研究，并對他們兩兩之間的距離以及與雙鏈的結(jié)合方式進(jìn)行了統(tǒng)計(jì)。共找出了46對組合元件，其中有9對在以前的文獻(xiàn)中找到了相關(guān)的報(bào)道，另外有3對收錄在transcompel數(shù)據(jù)庫中，這也同時(shí)驗(yàn)證了本文算法和平臺(tái)的有效性。還利用上述的46對組合元件數(shù)據(jù)構(gòu)建了多元件參與組合的模型，并且對組合元件的保守性，鄰域，對稱性，重疊性等