本文關(guān)鍵詞：雄性黑腹果蠅種系發(fā)育的突變率估計(jì)研究，由筆耕文化傳播整理發(fā)布。

【摘要】：在生物遺傳和進(jìn)化的研究中,突變率的估計(jì)是一個(gè)很重要的問題,因?yàn)橥蛔兪沁M(jìn)化的最終來源,對(duì)突變率的估計(jì)往往是深入開展其它方面研究的基礎(chǔ)。對(duì)突變率的估計(jì)又是一個(gè)復(fù)雜的問題,通常人們所說的突變率是指群體水平的突變率,即每一個(gè)個(gè)體每一代(對(duì)分子數(shù)據(jù)而言是每條序列每一代)的突變率,并假設(shè)每一代的突變率不變,是一個(gè)常數(shù)。深入到個(gè)體水平,或個(gè)體發(fā)育某個(gè)階段,比如種系發(fā)育階段每一次細(xì)胞分裂時(shí)的突變率的估計(jì)幾乎是一片空白。最近有學(xué)者對(duì)雄性黑腹果蠅種系發(fā)育過程中隱性致死或近致死突變?cè)诟鱾�(gè)細(xì)胞分裂階段的突變率進(jìn)行了研究。該研究基于大規(guī)模突變篩選實(shí)驗(yàn),利用細(xì)胞溯祖理論建立了突變率估計(jì)的極大似然的統(tǒng)計(jì)框架,得以對(duì)雄性黑腹果蠅種系發(fā)育過程中的突變率進(jìn)行深入的了解。他們的結(jié)論是雄性黑腹果蠅種系發(fā)育過程中這一隱性致死突變的突變率是顯著不同的。本文在上述研究的基礎(chǔ)上對(duì)雄性黑腹果蠅種系發(fā)育過程中隱性致死突變的突變率的估計(jì)做了一些統(tǒng)計(jì)方法和數(shù)值算法上的研究,提出了一種新的統(tǒng)計(jì)框架,即最小化χ2統(tǒng)計(jì)量的框架來對(duì)突變率進(jìn)行估計(jì),并對(duì)這一統(tǒng)計(jì)方法的性質(zhì)進(jìn)行模擬研究。眾所周知χ2統(tǒng)計(jì)量可以用來進(jìn)行擬合優(yōu)度檢驗(yàn)(Goodness of fit test),鮮為人知的是χ2統(tǒng)計(jì)量還可以用來進(jìn)行參數(shù)估計(jì),即求未知參數(shù)使得χ2統(tǒng)計(jì)量最小。而且對(duì)于小樣本,最小化χ2統(tǒng)計(jì)量得到的估計(jì)比極大似然估計(jì)還要好。開展本次研究的一個(gè)目的是提高極大似然估計(jì)的效率,因?yàn)樵谧畲蠡迫缓瘮?shù)時(shí)需要大量的時(shí)間開銷,這是一個(gè)優(yōu)化問題,由于沒有解析解以及現(xiàn)成的優(yōu)化方法失效,所以利用拉網(wǎng)式搜索(Grid search)的方式來尋找最優(yōu)解。本文最小化χ2統(tǒng)計(jì)量框架的一個(gè)最大的優(yōu)點(diǎn)是極大的提高這一方面的效率,在一些適當(dāng)?shù)暮?jiǎn)化以后,最小化χ2統(tǒng)計(jì)量的過程轉(zhuǎn)化為一個(gè)參數(shù)帶有非負(fù)約束的二次規(guī)劃問題,可以利用已有的最優(yōu)化理論和算法,快速的得到最優(yōu)解,我們選用的是Lemke互補(bǔ)轉(zhuǎn)軸算法。本研究提出的新方法對(duì)突變率估計(jì)的效率與前人用極大似然法估計(jì)的效率有了質(zhì)的提高。他們的拉網(wǎng)式搜索的方法需要借助于高性能服務(wù)器,而我們的方法在個(gè)人電腦上只要幾秒鐘到幾分鐘就可以計(jì)算出來,依賴于所分析的數(shù)據(jù)的復(fù)雜程度。當(dāng)參數(shù)的維數(shù)增加的時(shí)候,拉網(wǎng)式搜索的方法就顯得力不從心了,甚至是不可能的,而我們的方法可以輕松應(yīng)對(duì)。我們用最小化χ2統(tǒng)計(jì)量的方法得到的突變率的估計(jì)與極大似然法得到的估計(jì)基本上是一致的,因?yàn)檫@兩種統(tǒng)計(jì)方法得到的估計(jì)理論上在大樣本情況下是漸進(jìn)一致的。通過模擬,我們的方法是穩(wěn)定可靠的,適合于有效的估計(jì)隱性致死突變這一類稀有突變。因?yàn)樯臣?xì)胞的發(fā)育與體細(xì)胞的發(fā)育是相似的,所以這一方法可以用于分析感興趣的體細(xì)胞的數(shù)據(jù)。另外,人類的發(fā)育與模式生物的發(fā)育是類似的,當(dāng)然人類的發(fā)育會(huì)更復(fù)雜,期待這一方法可以對(duì)人類數(shù)據(jù)進(jìn)行分析。最小化χ2估計(jì)方法還有望用于分析下一代測(cè)序(Next generation sequencing)數(shù)據(jù)。因?yàn)橄乱淮鷾y(cè)序技術(shù)可以做到對(duì)單細(xì)胞進(jìn)行大規(guī)模測(cè)序,與本文分析的果蠅數(shù)據(jù)有相似的結(jié)構(gòu)。反之,對(duì)下一代測(cè)序數(shù)據(jù)的分析也可以對(duì)實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)提供理論參考。比如設(shè)計(jì)最佳的測(cè)序長(zhǎng)度,樣本大小,期望的精度。在對(duì)日益增長(zhǎng)的分子數(shù)據(jù)進(jìn)行分析的時(shí)候,可靠高效的統(tǒng)計(jì)方法是眾所期待的,本研究提出的方法由于算法的高效性在分子生物學(xué)的研究中有廣泛的應(yīng)用前景。
【關(guān)鍵詞】：雄性黑腹果蠅(Drosophila melanogaster) 種系發(fā)育(Germlinedevelopment) 突變率估計(jì)(Estimation of mutation rate) 溯祖理論(Coalescent theory) 最小化χ~2統(tǒng)計(jì)量 Lemke算法
【學(xué)位授予單位】：云南大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：博士
【學(xué)位授予年份】：2015
【分類號(hào)】：Q319
【目錄】：

• 中文摘要3-5
• 英文摘要5-9
• 第一章 溯祖理論9-27
• 第一節(jié) 溯祖過程9-13
• 1.1.1 Wright-Fisher模型10-11
• 1.1.2 分子進(jìn)化的中性理論11
• 1.1.3 建立系統(tǒng)樹11-13
• 第二節(jié) 系統(tǒng)樹的性質(zhì)13-18
• 1.2.1 系統(tǒng)樹的溯祖時(shí)間t_k的分布13-15
• 1.2.2 系統(tǒng)樹上突變數(shù)的分布15-18
• 第三節(jié) 基于溯祖理論的統(tǒng)計(jì)推斷18-23
• 1.3.1 θ的估計(jì)18-20
• 1.3.2 純合度的估計(jì)20-21
• 1.3.3 中性突變的假設(shè)檢驗(yàn)21-23
• 第四節(jié) 雄性果蠅種系細(xì)胞的溯祖理論23-26
• 第一章 總結(jié)26-27
• 第二章 雄性黑腹果蠅種系發(fā)育的突變篩選實(shí)驗(yàn)及突變率的極大似然統(tǒng)計(jì)推斷27-40
• 第一節(jié) 雄性黑腹果蠅種系發(fā)育的突變篩選實(shí)驗(yàn)27-31
• 2.1.1 實(shí)驗(yàn)材料27-28
• 2.1.2 突變篩選實(shí)驗(yàn)28
• 2.1.3 實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)28-31
• 第二節(jié) 雄性黑腹果蠅種系發(fā)育中的突變率的極大似然統(tǒng)計(jì)推斷31-39
• 2.2.1 系統(tǒng)樹上突變概率的Taylor近似31-33
• 2.2.2 基于Taylor近似的極大似然統(tǒng)計(jì)推斷33-35
• 2.2.3 系統(tǒng)樹上突變概率的內(nèi)部積分近似35-37
• 2.2.4 基于內(nèi)部積分近似的極大似然統(tǒng)計(jì)推斷37-39
• 第二章 總結(jié)39-40
• 第三章 最小化χ~2統(tǒng)計(jì)量估計(jì)突變率40-63
• 第一節(jié) 最小化χ~2統(tǒng)計(jì)量方法簡(jiǎn)介40-43
• 第二節(jié) 最小化χ~2統(tǒng)計(jì)量的問題化為二次規(guī)劃問題43-49
• 3.2.1 最小化χ~2統(tǒng)計(jì)量的問題與二次規(guī)劃問題的等價(jià)性43-44
• 3.2.2 Lemke算法求解二次規(guī)劃問題的適用性44-46
• 3.2.3 Lemke算法的基本思想46-49
• 第三節(jié) 應(yīng)用最小化χ~2統(tǒng)計(jì)量的方法分析果蠅數(shù)據(jù)49-59
• 3.3.1 最小化χ~2統(tǒng)計(jì)量方法估計(jì)突變率的模擬研究49-54
• 3.3.2 最小化χ~2統(tǒng)計(jì)量方法利用實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)估計(jì)果蠅的突變率54-57
• 3.3.3 最小化χ~2統(tǒng)計(jì)量方法估計(jì)突變率的進(jìn)一步推廣57-59
• 第四節(jié) 突變率估計(jì)的Bootstrap方差59-62
• 第三章 總結(jié)62-63
• 全文總結(jié)和討論63-66
• 附錄166-76
• 附錄276-78
• 參考文獻(xiàn)78-83
• 攻讀博士學(xué)位期間完成的科研成果83-84
• 致謝84

【相似文獻(xiàn)】

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1 溫崇慶,薛明,劉慧玲,劉展峰,袁偉良;光復(fù)活對(duì)紫外線照射大腸桿菌后突變率的影響[J];激光生物學(xué)報(bào);2004年01期

2 王吉華;基因突變率的半定量隧道效應(yīng)計(jì)算[J];德州師專學(xué)報(bào);1995年02期

3 杜翔;許翠珍;余寧樂;;田灣核電站周圍居民細(xì)胞微核率和HPRT突變率調(diào)查分析[J];中國(guó)輻射衛(wèi)生;2010年01期

4 馬鶴雯;鳥類研究新發(fā)現(xiàn)——雄性產(chǎn)生高突變率[J];國(guó)外醫(yī)學(xué).遺傳學(xué)分冊(cè);1999年01期

5 AnnGibbons,李大衛(wèi),何方淑;線粒體時(shí)鐘需要校準(zhǔn)[J];世界科學(xué);1999年01期

6 ;[J];;年期

中國(guó)重要報(bào)紙全文數(shù)據(jù)庫(kù) 前1條

1 李將輝;我們都是突變?nèi)薣N];人民政協(xié)報(bào);2009年

中國(guó)博士學(xué)位論文全文數(shù)據(jù)庫(kù) 前1條

1 艾世猛;雄性黑腹果蠅種系發(fā)育的突變率估計(jì)研究[D];云南大學(xué);2015年

中國(guó)碩士學(xué)位論文全文數(shù)據(jù)庫(kù) 前3條

1 姜小倩;影響無性群體突變率因素的研究[D];西北農(nóng)林科技大學(xué);2010年

2 王小娟;物種突變率多樣性的研究[D];西北農(nóng)林科技大學(xué);2007年

3 趙萬銘;西方人群中蛋白質(zhì)酪氨酸激酶JAK2~（V617F）突變率研究[D];吉林大學(xué);2008年

  本文關(guān)鍵詞：雄性黑腹果蠅種系發(fā)育的突變率估計(jì)研究，由筆耕文化傳播整理發(fā)布。

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