基于DNA序列部分 ——整体特征相似性的核小体定位研究

论文摘要

核小体是真核生物染色质的基本组成单位,它的位置与多种生物学过程紧密相关,如DNA复制、RNA剪切以及染色质重塑等等。随着高通量测序技术的发展,越来越多的学者对核小体定位进行了研究,取得了许多成果。为了进一步探索核小体定位机制,本文对核小体定位的理论预测模型做出了进一步完善。本文基于DNA序列的自相似性特征、分别利用多样性增量与相对熵提出了两种新的核心DNA预测模型,并在相关数据集上验证了该方法的有效性。首先,基于DNA序列的自相似性特征与多样性增量,本文提出了基于DNA序列的k-mer信息的广义多样性增量预测模型（GID-BP）用于预测核心DNA。本文将此模型应用到人类、蠕虫、果蝇与酵母的核小体定位中以验证模型的有效性。实验结果表明本文预测模型在人类、蠕虫、果蝇与酵母数据集上的分类准确率分别达到了87.89%,89.76%,85.50%,99.94%。其次,基于DNA序列的自相似性特征与相对熵,本文提出了基于DNA序列的k-mer信息的广义相对熵模型（GRE-SVM）用于预测核心DNA。本文将此模型应用到人类、蠕虫、果蝇与酵母的核小体定位中以验证模型的有效性。实验结果表明在人类、蠕虫、果蝇与酵母数据集上的分类准确率分别达到了88.61%,88.46%,83.76%,100%。同时,本文在GID-BP模型中应用基于贡献率与spearman相关系数的关键因素分析法来寻找核小体定位过程中的关键因素,在GRE-SVM模型中应用基于随机森林的关键因素分析法来寻找核小体定位过程中的关键因素。基于随机森林的关键因素分析法的详细过程如下所示:首先,通过随机森林的方法计算与核小体定位相关的特征向量的权重;然后,将得到的特征权重与预先设置的阈值进行比较分析;最后,通过比较结果获得与核小体定位密切相关的特征向量。实验结果表明不同生物中影响核小体定位的关键因素是不同的:（1）GID-BP模型表明正负六联体在核小体定位中发挥着重要的作用;（2）GRE-SVM模型表明正四联体、正负五联体与正负六联体在四种生物的核小体定位过程中均发挥着重要的作用。

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摘要

ABSTRACT

第一章绪论

1.1 研究背景

1.2 核小体与核小体定位

1.3 文章的结构安排

第二章相关工作

2.1 核小体定位的研究现状

2.1.1 核小体定位的实验方法

2.1.2 核小体定位的理论方法

2.2 模型提出的理论基础

2.2.1 DNA序列的自相似性

2.2.2 多样性增量

2.2.3 相对熵

2.3 分类预测与交叉验证方法

2.3.1 BP神经网络

2.3.2 支持向量机

2.3.3 交叉验证方法

2.3.4 模型性能的评价标准

2.4 核小体定位的关键因素分析相关技术

2.4.1 贡献率

2.4.2 Spearman相关系数

2.4.3 随机森林

2.5 本章小结

第三章基于广义多样性增量的核小体定位

3.1 广义多样性增量

3.2 实验过程

3.2.1 数据集

3.2.2 特征提取

3.3 实验结果与分析

3.4 本章小结

第四章基于广义相对熵的核小体定位

4.1 广义相对熵的提出与性质证明

4.2 实验过程

4.2.1 数据集

4.2.2 特征提取

4.3 实验结果与分析

4.4 本章小结

第五章核小体定位的关键因素分析

5.1 基于贡献率与spearman相关系数的关键因素分析法

5.2 基于随机森林的关键因素分析法

5.3 关键因素的有效性证明

5.4 本章小结

第六章工作总结与展望

6.1 工作总结

6.2 工作展望

参考文献

致谢

攻读学位期间发表的学位论文

文章来源

类型: 硕士论文

作者: 路萌叶

导师: 刘帅

关键词: 核小体定位,广义多样性增量,广义相对熵,神经网络,支持向量机

来源: 内蒙古大学

年度: 2019

分类: 基础科学

专业: 生物学,生物学

单位: 内蒙古大学

分类号: Q751

总页数: 55

文件大小: 1158K

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