基于Hi-C数据的染色质三维结构重构算法和网络服务

论文摘要

染色质的三维结构在基因表达调控、细胞发育以及遗传疾病发生等过程中发挥着重要的作用。随着染色质构象捕获技术及其衍生技术的发展,尤其是全基因组范围内捕获染色质交互的Hi-C技术的出现,现已获得大量的染色质交互频率数据。如何利用这些数据重构出染色质的三维构象,已经成为三维基因组学领域的一个重要研究方向。目前已有的重构算法主要分为两类:基于热力学的方法和基于距离约束的方法。这些重构方法的应用有助于揭示染色质结构的形成机制及其生物学功能。本文提出了一种基于共聚集系数和误差矢量合成的三维结构重构算法——EVRC算法。该算法首先计算染色质片段间的共聚集系数,然后将一个片段的所有误差矢量加和,通过不断迭代优化,重构出染色质的三维结构。为了评价算法的有效性和准确性,我们将其应用于六种典型结构的模拟数据集和真实的Hi-C数据集。在不同转换参数与随机噪声下,重构从简单到复杂的六种模拟结构时,结果显示,重构结构与真实结构之间均具有很高的相似性,表明了EVRC算法的有效性和鲁棒性。应用于真实的Hi-C数据时,我们首先对野生型拟南芥的5条染色体在不同分辨率下进行三维重构,显示了染色体间的结构特征差异。在重构野生型和突变型拟南芥的1号染色体结构时,EVRC算法准确地显现了着丝粒区域的构象变化。这说明了EVRC算法在真核生物多染色体结构重构中的适用性与准确性。为了方便使用,我们也制作了网站提供在线服务。作为染色质三维结构重构的新工具,EVRC算法将促进人们对染色质结构和功能的研究。

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文章来源

类型: 硕士论文

作者: 王潇

导师: 马彬广

关键词: 三维基因组学,染色质三维结构重构,算法,共聚集系数

来源: 华中农业大学

年度: 2019

分类: 基础科学

专业: 生物学

单位: 华中农业大学

分类号: Q811.4

DOI: 10.27158/d.cnki.ghznu.2019.000559

总页数: 58

文件大小: 2752K

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标签：三维基因组学论文;  染色质三维结构重构论文;  算法论文;  共聚集系数论文;