基于序列特征方法的细菌中横向基因转移的预测研究

摘要

横向基因转移(Horizontal gene transfer,HGT)又称为水平基因转移、侧向基因转移(Lateral gene transfer,LGT),是指从亲代以外的个体中获取遗传物质的过程,它可以使物种获得有益于自身的生物学特性,从而更能适应其生物学环境。大量研究表明,病原细菌能够与不同种类的益生菌和共生细菌进行横向基因转移,在细菌中通过横向基因转移从外界环境中获得外来遗传物质是一种普遍现象,在很多情形下,有可能是细菌具有多样性及进化的关键因素。因此,HGT的预测研究不仅具有很重要的生物学意义,而且具有医学方面的意义。
　　HGT的预测方法大致可以分为四类:碱基组成分析法、系统发生树分析法和基于相似度的方法及种族模式法。本文主要是针对第一类方法进行研究,虽然该方法是一个比较古老但目前还是具有广泛应用范围的方法,而且它的计算量小,对所研究的基因组不需要其大量诸如直系同源序列配对的先验知识。碱基组成分析法的一个主要问题在于它没有考虑序列间的相关性,将序列特征应用于基因组的所有部分,会把具有高保守性的蛋白质序列误判为横向转移基因,假阳性率高。
　　针对上述问题,本文考虑二联核苷酸相对丰度和密码子绝对使用频率本身具有的特性,根据密码子的位置提出四种新的二联核苷酸相对丰度,并通过网格法对四种新的二联核苷酸相对丰度进行优化加权,作为一种新的特征进行预测;其次,传统上的预测工作一般只采用一种相似度的测量标准,一种评价标准,本文则采用四种相似度的测量标准,三种评价标准。最后,在设置阈值方面,没有按照以往的方法根据窗口特征与序列整体特征差异的均值与方差进行设定,而是根据本物种内的序列在组成上相差不大而与外来序列的组成有着明显的差异,无论采用何种相似度的测量标准,本物种内的序列得分应该相差不大,如果对序列得分进行一次求导,那么本物种内序列得分的导数值接近于零这一理论,通过最近邻法将序列得分的导数值进行分类,判别外来基因。

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第1章 绪论

1.1 横向基因转移的定义

1.2 横向基因转移的机制

1.3 横向基因转移的影响

1.4 横向基因转移的主要研究内容

1.5 本文的研究工作

第2章 预测横向基因转移的方法

2.1 系统发生树分析法

2.2 序列相似度法

2.3 种族模式法

2.4 碱基组成分析法

第3章 基于密码子位置特异的二核苷酸相对丰度预测细菌中的

3.1 基于密码子位置特异性的二核苷酸相对丰度

3.2 基于最近邻法判别HGT的阈值设定策略

3.3 最近邻法

3.4 实验方法

第4章 实验结果及分析

4.1 数据来源

4.2 评价标准

4.3 实验结果及分析

4.4 结论

第5章 总结与展望

5.1 论文工作总结

5.2 论文工作展望

参考文献

致谢

附录