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猪和甲型流感病毒microRNA预测软件系统

周鹏方

   MicroRNA (miRNA)是一类长约22核苷酸(nt)的非编码RNA。miRNA的初始转录本一般位于基因间区,通过Drosha酶在细胞核内生成miRNA的前体(pre-miRNA),pre-miRNA能形成茎环结构。茎环结构是pre-miRNA的重要特征之一,是鉴定与预测成熟miRNA的关键因素。在转运蛋白作用下,pre-miRNA从细胞核转运到细胞质中。在细胞质中,Dicer酶将pre-miRNA剪切成成熟的miRNA。成熟的miRNA通过与mRNA的3’UTR相互作用,对宿主基因起调节作用。已经通过实验证明,miRNA几乎在所有的生物过程中都起着非常重要的作用。它对发育时序、细胞增殖、细胞凋亡、胚胎干细胞分化、脂肪生成、肌生成、血管再生、造血作用、神经生成、脂肪代谢、胰岛素分泌和癌症等都具有调节作用。 猪是重要的经济动物,也是重要的人类疾病研究模型。在miRBase14.0中,人类miRNA已经收录了718条,但是猪的miRNA只有74条。已收录的猪miRNA都是基于miRNA的保守性发现的,但基于保守性预测miRNA的方法准确性较低,并且无法预测与已发现的miRNA没有同源性的miRNA。本实验用Java语言开发了miRNA序列结构特征筛选软件包:SusMiRFilter。用支持向量机(SVM)工具,采用32维特征向量,开发了猪pre-miRNA的分类器:SusMiRPred。在SusMiRPred中,我们利用miRBase收录的60条猪pre-miRNAs作为训练集正样本和65条假的具有茎环结构的序列作为训练集负样本进行训练,构建训练模型。我们将在训练集中没有利用的14条猪pre-miRNAs作为阳性测试集,1000条假的发夹结构序列作为阴性测试集。利用阳性测试集和阴性测试集对分类器进行评价,得到分类器的敏感度是100%,特异性是87.3%,准确性为87.5%。利用测试集对训练集绘制ROC曲线,ROC曲线下的面积为91.44%。证明SusMiRPred是一个有效区分真假猪pre-miRNA的分类器,具有较高的准确性,还能预测与已知pre-miRNA没有同源性的猪pre-miRNA。利用SusMiRPred对猪基因组进行扫描,预测得到了9250条候选猪pre-miRNAs。 最近,研究人员构建了猪小RAN库,并基于miRNA的保守性对小RNA库进行分析,发现了新的具有保守性的14条猪miRNAs。我们利用SusMiRPred对此小RNA库进行再分析。由于SusMiRPred基于SVM算法,没有依赖miRNA的保守性,与基于保守性的方法具有本质的区别。通过这种方法,我们新预测得到了1条与其它物种没有保守性的miRNA,这也为猪小RNA库的分析提供了一个新的工具和思路。由于猪基因组数据的不断丰富和人miRNA数据量的快速增长,我们利用miRNA的保守性,通过人pre-miRNA与猪基因组序列的比对,预测得到了160条新的候选猪pre-miRNAs。 2009年3月,新的猪源流感病毒(swine-origin influenza A/H1N1, S-OIV)在墨西科和美国出现。病毒在人与人之间传播极快,在短短的几个星期内,已经有30个国家发现了猪源甲型H1N1流感病毒感染病例,世界卫生组织(WHO)将它的警戒级别从5级升到6级。研究人员估计,这种病毒可能引起21世纪的第一次世界大流感。目前,很多病毒中都发现了miRNA的存在。我们利用miRNA的保守性和病毒pre-miRNA序列结构特征,对甲型流感病毒(influenza virus A/H1N1)的基因组进行扫描分析,预测得到了2条新的甲型H1N1流感病毒miRNAs。对这2条miRNAs进行靶标预测,发现它们对人重要基因具有调节作用。……   
[关键词]:microRNA;SVM;;甲型H1N1流感病毒;pre-miRNA
[文献类型]:硕士论文
[文献出处]:西北农林科技大学2010年