真核生物核小體空間分布影響著遺傳信息的傳遞,是表觀遺傳和基因工程的研究基礎(chǔ),對其進(jìn)行數(shù)學(xué)建模是研究DNA三維結(jié)構(gòu)與基因調(diào)控的基本途徑,但空間維度建模素來為科學(xué)研究的難題。為比較單細(xì)胞與多細(xì)胞生物基因轉(zhuǎn)錄起始位點周圍核小體分布特征,利用高分辨率的酵母和果蠅核小體定位實驗數(shù)據(jù)構(gòu)建核小體分布模型。在模型構(gòu)建中綜合比較了多項式、傅里葉級數(shù)、高斯函數(shù)和正弦函數(shù)的擬合效果,最終確定以正弦復(fù)合函數(shù)作為酵母和果蠅的核小體分布模型。在此基礎(chǔ)上,對酵母和果蠅核小體分布的周期特征和進(jìn)化印記進(jìn)行尺度和頻域分析,結(jié)果表明酵母和果蠅染色體在組織結(jié)構(gòu)上存在顯著差異。研究思路對于利用數(shù)學(xué)建模與信號處理方法獲取基因組結(jié)構(gòu)信息具有重要參考價值。 

【文章來源】：生物學(xué)雜志. 2020,37(02)北大核心CSCD

【文章頁數(shù)】：4 頁

【部分圖文】：

圖1 兩種模式生物核小體定位圖譜

綜合比較4種函數(shù)的擬合性能和擬合效果后,發(fā)現(xiàn)由正弦復(fù)合函數(shù)構(gòu)成的模型擬合精度最高,如圖2-g、h所示,模型幾乎能在整個區(qū)域跟蹤核小體的定位特征;高斯函數(shù)次之;如圖2-f所示只是在遠(yuǎn)離TSS區(qū)域出現(xiàn)了誤差;而圖2-e中除在遠(yuǎn)離TSS區(qū)域出現(xiàn)了誤差外,TSS附近區(qū)域也存在較大誤差。傅里葉函數(shù)能基本擬合占位圖譜趨勢,但誤差較大(圖2-c、d),其精度不能滿足后續(xù)分析需要;由多項式構(gòu)建的模型則擬合度最低,無法捕獲定位特征的細(xì)節(jié)特征(圖2-a、b)。根據(jù)以上結(jié)論,最終確定以正弦函數(shù)構(gòu)建核小體定位模型,并基于該模型進(jìn)行后續(xù)的尺度和頻域分析。1.3 定位模型及參數(shù)

為便于分析,我們根據(jù)核小體分布中心位置與TSS距離的遠(yuǎn)近,對其依次進(jìn)行了編號(圖3和表3)。表3 核小體與連接DNA的分布中心位置(以TSS為坐標(biāo)原點,單位為bp)Table 3 The distribution center of nucleosome and linker DNA (Taking TSS as coordinate origin, unit bp) 物種 連接DNA -5核小體 連接DNA -4核小體 連接DNA -3核小體 連接DNA -2核小體 連接DNA -1核小體 連接DNA 連接DNA +1核小體 連接DNA +2核小體 連接DNA +3核小體 連接DNA +4核小體 連接DNA +5核小體 連接DNA 酵母 -927 -863 -796 -713 -630 -555 -470 -400 -304 -240 -71 -71 58 137 226 302 389 468 549 630 707 784 果蠅 -969 -900 -846 -746 -645 -557 -449 -379 -277 -194 -123 -14.6 125 216 306 393 480 564 651 738 823 917


本文編號：3130550