信息离散性度量方法及其在生物进化中的应用

摘要

自1859年Darwin的《物种起源》发表以来,生物进化理论是对自然科学和自然哲学发展的最重大贡献之一,进化论是生命科学中最重要的理论.分子生物学的发展,把进化研究推进到分子水平,因而在分子水平研究亲缘关系已成为生物信息学的重要篇章.本文的主要工作是信息离散性度量方法及其在生物进化中的应用研究,具体工作概括如下:1.多序列比较是分子生物学中的一个基本问题,本文利用了一种新的信息离散性度量方法——FDOD方法,将其应用于SARS病毒研究中,对SARS病毒与已知的三类冠状病毒的复制酶、M蛋白、N蛋白和S蛋白进行了进化分析,得出的系统发育树与现有的生物分析基本一致.同时进一步显示了FDOD方法的优点,数学基础好,不带有主观因素,能比较客观地度量生物序列间的差异,且计算过程简单快速,是分子进化研究的一种有效工具.2.随着越来越多的微生物全基因组测序的完成,人们开始在整个基因组的水平上研究物种的系统发育关系.本文将FDOD方法应用于微生物全蛋白质组的系统发育分析,所得进化树包括145个细菌、18个古细菌和5个真核生物,大部分低层分支与《伯杰氏系统细菌学手册》相一致,并且对高层分支关系给出了一些新的建议.3.非比对方法可以克服基于序列比对方法在计算规模和主观因素等方面的局限性.本文将几种非比对方法用于94种哺乳动物线粒体全基因组的系统发育分析研究中,从结果可以看出,非比对方法中的FDOD方法得到的结果与传统的分类学最为一致,在对哺乳动物纲各个目的整合能力上普遍优于其他几种方法.

目录

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独创性说明

引 言

1绪论

1.1背景

1.1.1人类基因组计划

1.1.2生物信息学

1.2生物进化研究的意义

1.3本文的主要工作

2生物进化的基本知识

2.1生物进化的基本概念

2.2进化论历史发展过程

2.2.1早期进化论

2.2.2达尔文进化论

2.2.3综合进化论

2.2.4中性进化学说

2.3分子进化的基本概念

3分子系统学和分子进化树

3.1原理和概念

3.2构建分子进化树的方法

3.2.1大分子特征数据的获得

3.2.2排序

3.2.3比较特征：相似性和距离数据

3.2.4进化树的构建

3.2.5进化树评估

3.3分子进化与系统发育分析软件

4信息离散性度量方法

4.1信息离散性度量方法的提出

4.2信息离散性度量方法

4.2.1完全信息集

4.2.2 FDOD函数

4.2.3 FDOD函数与申农熵和K-L熵的比较

4.3生物进化中FDOD方法的应用

5信息离散性度量方法在SARS病毒研究中的应用

5.1研究SARS病毒的意义

5.2冠状病毒概述

5.2.1冠状病毒科的分类

5.2.2人类的冠状病毒感染

5.3 SARS数据及分析的基本思路

5.4结果与讨论

5.4.1复制酶(Replicase 1A)的系统发育树

5.4.2 M蛋白(Membrane Glyeoprotein)的系统发育树

5.4.3 N蛋白(Nucleocapsid)的系统发育树

5.4.4 S蛋白(Spike Glycoprotein)的系统发育树

5.5结论

6基于信息离散性度量方法的微生物全蛋白质组的系统发育分析

6.1微生物在生物界中的地位及研究的意义

6.2微生物的分类及存在的问题

6.3数据及分析的基本思路

6.4结果与讨论

7基于线粒体全基因组的几种非比对方法比较

7.1研究的意义

7.2方法和数据

7.2.1基本概念和符号定义

7.2.2非比对方法介绍

7.2.3数据

7.3研究思路

7.4结果和分析

结论

参考文献

攻读硕士学位期间发表学术论文情况

致 谢

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