作物品种分子设计信息集成和可视化研究

摘要

近十余年来，我国在分子标记育种、转基因育种、分子设计育种等领域取得了重要进展。但是由于生物信息数据量极其庞大，又缺乏必要的数据整合技术。育种工作者在利用资源信息时感到无从入手或者所得信息缺乏时效性。因此，将分子设计育种信息通过多种技术的集成和整合，研究为育种科研人员提供一个集成的、能及时方便地获取和处理作物品种分子设计信息的生物信息学综合分析平台是十分必要的。
　　 本文选取棉花生物信息作为研究出发点，探索构建棉花品种分子设计信息综合分析平台的方法和过程，用于指导棉花育种工作，为其他作物类似平台的构建提供借鉴。论文主要进行以下几方面的研究工作:
　　 第一，对国内外作物育种的发展现状进行分析，指出现有研究的不足，分析国内外相关领域发展现状，针对现有棉花生物信息数据库及应用分析系统，提出集成多种已有的研究成果和系统，进行数据和应用的集成，从而实现各系统之间的数据和知识共享，构建统一的作物品种分子设计信息综合分析平台。
　　 第二，分析已有的多种研究成果CCBD（棉花品种分子设计生物信息数据库）、棉花本体检索系统、PubSearch文献检索系统、Entrez查询系统和基于大规模EST序列的SNP发掘系统的结构特征，结合相关理论技术，确定论文的研究思路和研究路线;根据对多种棉花信息系统特征的比较分析，将本体论集成于生物信息应用平台，实现本体库和知识库的数据共享，探索异构信息集成过程，构建基于本体的信息集成框架;通过数据库互操作以及基于GO的数据映射，实现知识库和本体库的语义统一。
　　 第三，根据论文研究的技术路线，构建基于本体的棉花生物信息系统应用集成平台，确定多系统应用集成的方法和过程;以SNP发掘系统为例，探索在基于本体的棉花生物信息系统应用集成平台上，通过基于WebServices的服务扩展，实现系统集成的过程和方法。
　　 第四，探讨可视化技术在基因图谱、本体和SNP发掘方面的应用和实现。研究了使用CMap实现基因图谱的技术，对本体可视化相关技术进行探索，实现本体图的可视化环境，研究多倍体SNP位点标记技术，实现标记SNP位点的图谱服务。
　　 论文利用本体论，构建生物分子设计信息与本体的联系，将已有的棉花品种分子设计信息的所有平台、系统和服务集成为一个作物品种分子设计信息综合分析平台。该平台将各个独立的信息系统整合成一个整体，产生了集成效应，提高了已有资源的利用效率，对棉花育种工作人员有一定的帮助作用。最后，笔者对研究中存在的问题与不足之处，提出了改进措施并指出了后续研究方向，对今后的研究具有一定的实践意义和参考价值。

目录

声明

论文说明

摘要

第一章 绪论

1．1 论文研究背景和问题提出

1．2 国内外相关领域的研究现状

1．2．1 国外研究现状

1．2．2 国内研究现状

1．3 论文的研究目的和意义

1．4 论文的研究内容

1．5 论文的组织结构

第二章 相关理论概述

2．1 本体概述

2．1．1 本体的起源和发展

2．1．2 本体构建方法与构建工具

2．1．3 本体可视化的常用技术

2．2 搜索引擎技术

2．2．1 搜索引擎的工作机理

2．2．2 Lucene全文搜索引擎

2．2．3 基于Ontology的语义搜索技术

2．3 SNP相关理论及算法

2．3．1 EST和SNP

2．3．2 常用的序列比对与序列拼接算法

2．4 常用应用集成技术

2．4．1 基于本体的农业信息系统集成技术

2．4．2 基于WebServices的企业应用集成技术

2．5 本章小结

第三章 异构信息集成技术路线

3．1 研究基础与研究条件

3．1．1 CCBD

3．1．2 棉花本体检索系统

3．1．3 PubSearch和Entrez检索系统

3．1．4 基于大规模EST序列的SNP发掘系统

3．2 研究思路与技术路线

3．2．1 研究思路

3．2．2 技术路线

3．2．2 基于本体的信息集成过程

3．2．3 相关数据库设计

3．3 本章小结

第四章 基于本体的棉花生物信息系统应用平台的集成

4．1 基于本体的棉花生物信息系统应用集成平台的构建

4．2 基于WebServers的服务扩展

4．2．1 基于WebServers的服务扩展的设计原则

4．2．2 基于WebServers的服务设计

4．2．3 基于WebServers的服务优化

4．3 本章小结

第五章 生物信息可视化技术的研究

5．1 基因图谱可视化

5．2 本体可视化

5．2．1 基于Dtree的本体图设计

5．2．2 基于Prefuse的本体图设计

5．2．3 本体构建算法

5．3 SNP可视化

5．3．1 SNP可视化研究

5．3．2 SNP可视化实现

第六章 系统集成实现

6．1 系统开发环境

6．2 系统总体结构

6．3 系统集成实现

6．3．1 棉花本体检索系统与CCBD的集成

6．3．2 PubSearch与CCBD的集成

6．3．3 Entrez查询系统实现

6．3．4 SNP分布发掘服务实现

第七章 总结与展望

7．1 论文总结

7．2 下一步工作的期望

参考文献

致谢