基于元胞自动机的蛋白质进化模型

发布时间：2024-04-18 01:45

　　随着人类基因组计划的完成,生物信息学的研究重点已悄然的从生物数据的积累转到生物数据的处理和信息提取。然而对蛋白质进化机理的研究还局限于简单的生物实验和统计分析,本文引入元胞自动机,对蛋白质结构域架构的融合、裂变、插入和删除过程设计了一整套的演化规则,从而仿真自然状态下蛋白质的进化过程。同时,本文采用元胞自动机和图像特征处理算法,将病毒的基因组数据转换为特征图像,对其进行分析,具体研究内容及结果如下:1)构建蛋白质结构域编码模型。使用结构域架构来代替传统的蛋白质氨基酸序列,既可以简化蛋白质信息的表达方式,又能关联各个保守区域的联系。该编码方式能够捕获蛋白质关键的结构和功能特征,将蛋白质在进化过程中各个氨基酸的变化转变为其所在区域的结构域变化,为序列的同源性比较和分子进化提供了思路。2)建立蛋白质结构域演化规则。为了模拟蛋白质在自然状态下的进化过程,本文设计了“继承规则”、“由后向前规则”、“由前向后规则”和“保持?规则”作为元胞自动机中元胞更新状态的映射函数,同时通过分析数据集中各个蛋白质的结构域架构,统计两两结构域之间的位置信息得到两个概率矩阵,通过轮盘赌算法,将各个结构域的位置信息与...

【文章页数】：73 页

【学位级别】：硕士

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摘要
Abstract
1 绪论
    1.1 研究背景与意义
    1.2 国内外相关领域研究
        1.2.1 蛋白质进化研究现状
        1.2.2 基因可视化研究现状
    1.3 主要研究内容和创新点
        1.3.1 研究内容及论文结构
        1.3.2 研究创新点
2 相关知识介绍
    2.1 元胞自动机
        2.1.1 元胞自动机的定义
        2.1.2 元胞自动机基本结及原理
        2.1.3 元胞自动机的特征
        2.1.4 一维元胞自动机
    2.2 蛋白质
        2.2.1 蛋白质组成结构
        2.2.2 蛋白质结构域
    2.3 冠状病毒
        2.3.1 冠状病毒的主要结构组成和基因组结构
        2.3.2 冠状病毒分类
    2.4 本章小结
3 基于一维元胞自动机的蛋白质结构域架构仿真模型
    3.1 研究背景
    3.2 模型构建
        3.2.1 数据处理
        3.2.2 模型构建
    3.3 图形界面
    3.4 算法流程描述
    3.5 数据集与方法
    3.6 结果与讨论
    3.7 本章小结
4 基于元胞自动机的病毒可视化模型
    4.1 研究背景
    4.2 算法流程描述
        4.2.1 基因编码
        4.2.2 元胞自动机状态矩阵生成
        4.2.3 图像生成
        4.2.4 图像特征处理
    4.3 数据集
    4.4 2019-nCoV病毒序列的特征图像特点
    4.5 2019-nCoV起源分析
        4.5.1 蝙蝠和穿山甲冠状病毒的图像特点
        4.5.2 特征图像相似性评估
        4.5.3 AT含量图
        4.5.4 结果与讨论
    4.6 本章小结
5 总结与展望
致谢
参考文献
攻读硕士学位期间发表的论文
攻读硕士学位期间参加的科研项目
攻读硕士学位期间获得的奖项
附录一
附录二



本文编号：3957235