專利名稱：基于堿基片段編碼和蟻群算法的rna序列二級結(jié)構(gòu)預(yù)測方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬生物信息學(xué)研究領(lǐng)域。
背景技術(shù)：
研究表明，RNA在基因調(diào)控中起到了非常重要的作用，而RNA的功能與結(jié)構(gòu)是密切相關(guān)的，因此想要了解RNA序列的功能特性應(yīng)先從其結(jié)構(gòu)入手。目前已經(jīng)獲得大量的RNA序列一級結(jié)構(gòu)信息，越來越多的研究人員開始關(guān)注RNA序列的二級結(jié)構(gòu)和三級結(jié)構(gòu)，但用生物實驗的方法來確定其三級結(jié)構(gòu)花費高，難度大，而且并不是對所有分子都有效。同時RNA序列的三級結(jié)構(gòu)很難通過一級結(jié)構(gòu)直接得到，直接針對其三級結(jié)構(gòu)的理論預(yù)測，進(jìn)展都不是很順利，預(yù)測二級結(jié)構(gòu)是獲取三級結(jié)構(gòu)的必經(jīng)之路。因此通過軟件模擬和預(yù)測RNA序列的二級結(jié)構(gòu)，并與基于ARM體系的嵌入式系統(tǒng)結(jié)合，形成嵌入式RNA序列二級結(jié)構(gòu)預(yù)測方法，用較低的成本和較快的時間獲得具有一定可信度結(jié)果的方式，成為生物信息學(xué)的重要手段。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于提供一種能快速、準(zhǔn)確、有效地預(yù)測不包含假結(jié)的RNA序列二
級結(jié)構(gòu)，并將所得結(jié)果以括號法模式輸出的方法。
本發(fā)明包括下列步驟 1.進(jìn)行RNA序列預(yù)處理，具體包括下列步驟
1)將RNA序列輸入CPLD。 2)通過編碼關(guān)聯(lián)表將RNA序列以編碼的形式存儲于SRAM中，編碼關(guān)聯(lián)表存在于系
統(tǒng)中，并可實時調(diào)用，它將所獲取的RNA序列，轉(zhuǎn)換為易于系統(tǒng)分析的數(shù)字模式。 2.進(jìn)行RNA序列二級結(jié)構(gòu)預(yù)測，具體包括下列步驟 1)根據(jù)匹配表得到長度為n的莖區(qū)集合，匹配表存在于系統(tǒng)中，并可實時調(diào)用，它將已轉(zhuǎn)換的RNA序列信息，組合為長度為n的莖區(qū)集合。 2)對所有長度為n的莖區(qū)采用向右延伸的策略，得到所有長度大于n的莖區(qū)集合；向右延伸的策略，能夠計算出所有長度大于n的莖區(qū)集合。 3)將得出的相應(yīng)于RNA序列的所有可能的莖區(qū)集合，存儲于SDRAM中等待調(diào)用； 4)利用ARM控制芯片隨機選取某一莖區(qū)，作為蟻群算法的初始結(jié)點； 5)利用輪盤賭的策略選擇下一莖區(qū)，直到可選擇的莖區(qū)集合為空； 6)計算每只螞蟻相應(yīng)的二級結(jié)構(gòu)的最小自由能，記錄并更新能量最小的二級結(jié)
構(gòu)； 7)按照給定的規(guī)則更新莖區(qū)之間的信息素值，并再次選取初始結(jié)點進(jìn)行循環(huán)運算； 8)達(dá)到給定的迭代步數(shù)或滿足循環(huán)退出的條件，以括號法模式輸出RNA序列的二級結(jié)構(gòu)到LCD，迭代步數(shù)能預(yù)先在系統(tǒng)中設(shè)置。 本發(fā)明能有效模擬和預(yù)測不包含假結(jié)的RNA序列二級結(jié)構(gòu)。本發(fā)明通過將錄入的 堿基序列進(jìn)行重新編碼，進(jìn)而由編碼關(guān)聯(lián)表中的對應(yīng)值得到相應(yīng)的編碼序列，并根據(jù)完全 匹配表和不完全匹配表，通過向右延伸功能剔除冗余莖區(qū)，得到所有可能的有用的莖區(qū)集 合，然后根據(jù)蟻群算法中二維的啟發(fā)式信息、初始莖區(qū)和下一莖區(qū)的選取規(guī)則和信息素更 新策略，構(gòu)造所有可能的莖區(qū)集合的相容子集。 本發(fā)明使用并行技術(shù)將RNA序列的二級結(jié)構(gòu)更快速準(zhǔn)確的預(yù)測出來，能夠得到自 由能最小的相容的莖區(qū)集合，本發(fā)明還能對國際公共數(shù)據(jù)庫中隨機選取的序列進(jìn)行測試與 分析，并可將所得結(jié)果以括號法模式輸出，使結(jié)構(gòu)表達(dá)更為直觀準(zhǔn)確，實驗結(jié)果表明本發(fā)明 在敏感性和特異性方面均優(yōu)于目前主流預(yù)測技術(shù)。


圖1為基于堿基片段編碼和蟻群算法的RNA序列二級結(jié)構(gòu)預(yù)測方法流程圖
圖2為基于堿基片段編碼和蟻群算法的RNA序列二級結(jié)構(gòu)預(yù)測系統(tǒng)結(jié)構(gòu)示意圖
具體實施例方式
本發(fā)明是一種基于堿基片段編碼和蟻群算法的RNA序列二級結(jié)構(gòu)預(yù)測方法，如圖 1所示，將所得RNA序列輸入CPLD，通過編碼關(guān)聯(lián)表把RNA序列進(jìn)行編碼，使RNA序列以編 碼序列的形式存儲于SRAM中，并根據(jù)匹配表得到長度為n的莖區(qū)集合，對所有長度為n的 莖區(qū)采用向右延伸的策略得到所有長度大于n的莖區(qū)集合，將得出的相應(yīng)于RNA序列的所 有可能的莖區(qū)集合存儲于SDRAM中等待調(diào)用，然后通過ARM控制芯片隨機選取某一莖區(qū)作 為蟻群算法的初始結(jié)點，并利用輪盤賭的策略選擇下一莖區(qū)，直至可選擇的莖區(qū)集合為空， 最后計算每只螞蟻相應(yīng)的二級結(jié)構(gòu)的最小自由能，記錄并更新能量最小的二級結(jié)構(gòu)，按照
給定的規(guī)則更新莖區(qū)之間的信息素值，并再次選取初始結(jié)點進(jìn)行循環(huán)運算，直至達(dá)到給定 的迭代步數(shù)或滿足循環(huán)退出的條件，以括號法的模式輸出RNA序列二級結(jié)構(gòu)到LCD中。
權(quán)利要求
一種基于堿基片段編碼和蟻群算法的RNA序列二級結(jié)構(gòu)預(yù)測方法，其特征在于包括下列步驟1)進(jìn)行RNA序列預(yù)處理；2)進(jìn)行RNA序列二級結(jié)構(gòu)預(yù)測。
2. 按權(quán)利要求1所述的基于堿基片段編碼和蟻群算法的RNA序列二級結(jié)構(gòu)預(yù)測方法， 其特征在于步驟1)所述的RNA序列預(yù)處理包括下列步驟1) 將RNA序列輸入CPLD ;2) 通過編碼關(guān)聯(lián)表將RNA序列以編碼的形式存儲于SRAM中。
3. 按權(quán)利要求1所述的基于堿基片段編碼和蟻群算法的RNA序列二級結(jié)構(gòu)預(yù)測方法， 其特征在于步驟2)所述的RNA序列二級結(jié)構(gòu)預(yù)測包括下列步驟1) 根據(jù)匹配表得到長度為n的莖區(qū)集合；2) 對所有長度為n的莖區(qū)采用向右延伸的策略，得到所有長度大于n的莖區(qū)集合；3) 將得出的相應(yīng)于RNA序列的所有可能的莖區(qū)集合，存儲于SDRAM中等待調(diào)用；4) 利用ARM控制芯片隨機選取某一莖區(qū)，作為蟻群算法的初始結(jié)點；5) 利用輪盤賭的策略選擇下一莖區(qū)，直到可選擇的莖區(qū)集合為空；6) 計算每只螞蟻相應(yīng)的二級結(jié)構(gòu)的最小自由能，記錄并更新能量最小的二級結(jié)構(gòu)；7) 按照給定的規(guī)則更新莖區(qū)之間的信息素值，并再次選取初始結(jié)點進(jìn)行循環(huán)運算；8) 達(dá)到給定的迭代步數(shù)或滿足循環(huán)退出的條件，以括號法模式輸出RNA序列的二級結(jié) 構(gòu)到LCD。
4. 按權(quán)利要求2所述的基于堿基片段編碼和蟻群算法的RNA序列二級結(jié)構(gòu)預(yù)測方法， 其特征在于步驟2)所述的編碼關(guān)聯(lián)表存在于系統(tǒng)中，并可實時調(diào)用，它將所獲取的RNA序 列，轉(zhuǎn)換為易于系統(tǒng)分析的數(shù)字模式。
5. 按權(quán)利要求3所述的基于堿基片段編碼和蟻群算法的RNA序列二級結(jié)構(gòu)預(yù)測方法， 其特征在于步驟l)所述的匹配表存在于系統(tǒng)中，并可實時調(diào)用，它將已轉(zhuǎn)換的RNA序列信 息，組合為長度為n的莖區(qū)集合。
6. 按權(quán)利要求3所述的基于堿基片段編碼和蟻群算法的RNA序列二級結(jié)構(gòu)預(yù)測方法， 其特征在于步驟2)所述的向右延伸的策略，能夠計算出所有長度大于n的莖區(qū)集合。
7. 按權(quán)利要求3所述的基于堿基片段編碼和蟻群算法的RNA序列二級結(jié)構(gòu)預(yù)測方法， 其特征在于步驟8)所述的迭代步數(shù)能預(yù)先在系統(tǒng)中設(shè)置。
全文摘要
基于堿基片段編碼和蟻群算法的RNA序列二級結(jié)構(gòu)預(yù)測方法屬生物信息學(xué)研究領(lǐng)域，本發(fā)明將RNA序列重新編碼，根據(jù)編碼表和編碼關(guān)聯(lián)表中的對應(yīng)值得到相應(yīng)的編碼序列，由完全匹配表和不完全匹配表，并通過“向右延伸”的策略剔除冗余莖區(qū)，得到所有可能的有用的莖區(qū)集合，然后給出蟻群算法中二維的啟發(fā)式信息、初始莖區(qū)和下一莖區(qū)的選取規(guī)則，以及信息素更新策略，構(gòu)造所有可能的莖區(qū)集合的相容子集，最終得到自由能最小的二級結(jié)構(gòu)；本發(fā)明能快速、準(zhǔn)確、有效地預(yù)測不包含假結(jié)的RNA序列的二級結(jié)構(gòu)，并將所得結(jié)果以括號法模式輸出，對RNA序列二級結(jié)構(gòu)預(yù)測在敏感性和特異性方面，均優(yōu)于目前主流預(yù)測技術(shù)。
文檔編號C12Q1/68GK101717822SQ20091021802
公開日2010年6月2日 申請日期2009年12月16日 優(yōu)先權(quán)日2009年12月16日
發(fā)明者余軍, 劉元寧, 張曉旭, 張 浩, 王俊勇, 王剛, 高娜 申請人:吉林大學(xué)