基于遺傳算法的RNA二級結(jié)構(gòu)預(yù)測研究.pdf

1、核糖核酸RNA由生物基因轉(zhuǎn)錄產(chǎn)生。作為生物體內(nèi)的一類大分子，參與了各項基本生命活動，如蛋白質(zhì)的合成。因此，清楚認識 RNA的分子功能，將有助于研究人員了解RNA與蛋白質(zhì)間的相互關(guān)系，從而了解和治療某些遺傳疾病。RNA分子功能由其結(jié)構(gòu)決定。RNA分子結(jié)構(gòu)由三級結(jié)構(gòu)組成：一級結(jié)構(gòu)、二級結(jié)構(gòu)、三級結(jié)構(gòu)，由于二級結(jié)構(gòu)介于一級結(jié)構(gòu)和三級結(jié)構(gòu)之間，存儲較多高級結(jié)構(gòu)信息，因此研究 RNA二級結(jié)構(gòu)成為生物信息學領(lǐng)域的重要研究問題之一。但是，鑒于 RNA

2、分子具有降解快、晶體難于獲得等特點，用實驗的方法測定其結(jié)構(gòu)比較困難。因此，發(fā)展基于計算機算法的RNA二級結(jié)構(gòu)預(yù)測方法是一個行之有效的途徑。
　　利用計算機算法預(yù)測RNA二級結(jié)構(gòu)主要分為兩類基本方法：自由能最小技術(shù)和序列對比技術(shù)。其中序列對比技術(shù)因需要更多先驗知識，導致算法不易推廣。自由能最小技術(shù)依據(jù)已有的熱力學模型，通過不斷向二級結(jié)構(gòu)中添加如堿基配對、凸環(huán)、內(nèi)環(huán)等各類基本結(jié)構(gòu)，使得其自由能最小化，從而預(yù)測到最穩(wěn)定的RNA二級結(jié)構(gòu)，

3、該方式簡單易行，得到了大力推廣，其中遺傳算法因具有高度并行性，可有效降低某些不可逆操作帶來的負面影響，被認為更適用于利用該類技術(shù)預(yù)測RNA二級結(jié)構(gòu)。在利用遺傳算法設(shè)計RNA二級結(jié)構(gòu)預(yù)測算法時，需要解決兩類重要問題即選擇壓力和種群多樣性問題。選擇壓力有利于引導算法利用適應(yīng)度標準更多的開發(fā)新個體，使得更多優(yōu)秀的個體參與到迭代之中；而種群多樣性是種群進化的基礎(chǔ)。然而，若過分強調(diào)選擇壓力將在幫助算法快速收斂的同時，導致種群因喪失多樣性而早熟；反

4、之，若一味地為獲取最優(yōu)個體而維持種群多樣性，將會因選擇壓力過小而導致算法收斂速度降低。因此，為平衡兩者的關(guān)系，本文提出一個基于禁忌遺傳算法的RNA二級結(jié)構(gòu)預(yù)測方法(Tabu Genetic Algorithm based RNA secondary structure prediction，TGARNA)，給出莖區(qū)相容性檢測方法以改善種群性能，將禁忌思想融入遺傳操作以防止近親繁殖，保持種群多樣性。
　　本文主要內(nèi)容包括以下幾個方面