科技信息
.本刊重稿O
2009年第25期
一种新的DNA序列的3D图形表示
周金玉 肖前军邓总纲 (湖南理工职业技术学院湖南湘潭41 1 105)
【摘 要】基于DNA序列的混沌游戏表示,给出了一种新的31)图形表示来表征DNA序列.为了便于序列间的比较,将DNA序列的3D 图形表示转化成了相应的矩阵表示并讨论了它们的数字特征. 【关键词】DNA序列;3D图形表示;数字特征
A
Novel 3D Graphical Representation of DNA Sequence XIAO
ZHoU Jin—Yu
Qian—J咖DENG
Zong-Gang
(Department of Mathemtics,X缸mgtan University,Xlangtan Hunan,411105 China) 【Abstract]Based
on
chaos game representation of DNA sequence,a novel 3D graphical representation
to
present
DNAⅫ2juence惴proposecl.
To facilitate the comparisons of DNA∞quence8.the 3D graphical representation w∞transformed into corresponding matrix representation and then discusses their numerical characterizations.
【Key words]DNA sequence;3D graphical representation;Numerical characterization 次序对DNA序列的性质有较大的影响,因此在对序列进行比较时需 要考虑次序问题.因此.对任一条DNA序列s≈仁:…s.,我们将它的第i 个字符5靠=1,…,,I)与3D空间中的点B‰%&J对应起来,其中&.表示 字符^在DNA序列中累计出现次数.这样,一条DNA序列就与3D空 间中的一系列点P以…只一一对应起来了,我们称将这个点依次连 接起来所得的曲线为该条DNA序列的3D图形表示.例如,在图l中 我们给出了序列s--ATGGTGCACC的3D图形表示. 表1
A A T G G T G C A C C O T o.395285 O G 0.321738 0.475986 0
1.介绍 DNA序列是由四种碱基A,C,G,T组成的一维字符序列,但要直 接从中得出更多隐含在其中的生物特性是非常困难的.为此设计出很 多方法来进行序列分析,DNA序列分析的一个重要内容就是序列的 相似性分析,我们很难从两条序列中直接得出它们的相似性情况,因 此,需要找出一些方法来进行序列比较.几何图形表示方法是最近一 些年比较热门的方法之一.一些研究人员介绍了DNA序列的多种 2D,3D甚至更高维的图形表示【1一.在最 初介绍的2D图形表示方法中由于方法 的限制.出现了一种图形表示与多条序 列对应的情况,即退化性111.在最近几年 介绍的2D图形表示B-q中通过处理已经 克服了上述缺点,但3D图形表示卜131不 存在这种情况.Je衢e一坶介绍了一种表征 序列的可视化方法——混沌游戏表示 (cGR),本文基于DNA序列的混沌游戏 表示给出了一种新的3D图形表示,为了 进行量化分析.将其转化成了相应的矩 阵表示并讨论它们的数字特征. 2.DNA序列的图形表示 2.1 DNA序列的混沌游戏表示根 据文献嗍的思想,我们可以将DNA序列 的混沌游戏表示按下述方式来描述.将 DNA序列的四种字符与平面上的正方形
序列ATGGTGCACC的WM矩阵
G 0.436258 0.614簧;3 1.027930 0 T o.3a7628 o.361820 0.51218l G 0.434796 0.527308 0.670369 C A C o.138617 0.180555 0.204057 0.157448 C 0.233145 O.275351
o.107234 0.,45002 o.147095 oll85169
o.107944 o.231712 o.361956 o.596858 2.06437l 0
03咖82
0.218579 O.283715 0.232379
0.3934" o_503073
0 1.045650 0
otl踞106
o.236587
0.22删
0.536781 0.312881 O
o.63"58 0.438486
1.113209 O
O.鹋1714
0.552328 1.012163 0
【o,1]x[O,11的四个顶点按以下方式一一对应起来:A(O,o),c(o,1),G (1,I),T(1'o).对任一条DNA序列s=s:s2…s.,设(‰帕)=(0.5,O.5),然后 进行打点过程.第一点打在正方形的中心与序列s的第一个字符对应 顶点的中点,第i(i≥2)点打在第i-1点与序列s的第i个字符对应顶 点的中点,直到序列j的最后一个字符对应的点在正方形中作出,这样 得到的图像称为DNA序列j的混沌游戏表示.
3.DNA序列的数字特征 为了找出对3D曲线敏感的不变量,将DNA序列的几何图形表示 转化成一种数学对象:矩阵.然后利用矩阵的不变量来作为DNA序列 的描述量进行讨论.将图形表示转化成矩阵形式使用得非常多的是计
算图形表示的M/M矩阵和叽矩阵.记e,为曲线上第i点只与第,点
只之间的欧氏距离,则hI,M矩阵和I儿矩阵定义如下:
蛐M矩阵:即{矗'群
1
了旦一f巧 饥矩阵:和 ∑e蝴
0
0
i=j
i=j
在表l和表2中我们分别给出了序列ATGI觥ACC的M/M矩阵和
讥矩阵的上三角形式.
根据文献t15],DNA序列的数字特征必须能从数量上反映DNA序 列的碱基组成和分布的本质并且要便于序列的识别和相似性的比较. 为了得到更好的比较结果.我们需要寻找能够保持序列的碱基组成和 分布的更多信息的数学描述量.明显地,从表1和表2可以得知MIM
从M/M矩阵和讥矩阵的定义可知这两个矩阵都是对称矩阵.
矩阵和饥矩阵对序列的组成和分布是非常敏感的,因此它们都可以
作为DNA序列的数字特征. 固1
s-.x4TGG粥CACC的30图形表示
4.结语 本文给出了DNA序列的一种新的3D图形表示方法,并计算了基 于该图形表示的DNA序列的数字特征.通过分析可知所得的数字特
2.2 DNA序列的3D图形表示由于DNA序列中的字符出现的
万方数据
15
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scIENCIE&TECHNOLOGY INFORMATION
2009年第25期
征可以作为DNA序列的一种数学描述量去进行序列的识别和相似性 比较. 表2序列ATGGTGCACC的uL矩阵
A ^ T G G T G C A C C O T 1.000000 0 G 0.738550 G T G C
grounded
on
a
2-D
graphical删ntation[J],Chem.Phys.ktt.'2006,423:50-53.
and their numerical
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-D sequences
A o.155776 o.181521
C o.162392 0.196455
C O.2676iO 0.295853 o.309425
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O.817017 1.000000 O 0.572094 0.72(16192 0.716696 0.81520l 0.699160 o.146879
graphical
1.00咖
O
representation numerical
of
DNA
and
their
characterization
Ⅲ,J.Molecular
O.∞5286 o.205252 0.205514
O.309弓142 o.162980 0.159698 o.1贝;423 O.376873 O.75280l 1.000000 O
Strueture(Theochem).2004.681:209—212.
1.∞舢
0
O.聊24
o.255679 O.206438 O.838774 0.833674
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O 1.0c|0000 0 o.399334
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0
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作者简介:用金玉(1967—),男,湖南湘潭人,讲师,硕士研究生,研究方向为 图论及其应用.
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※基金项目:2008年湖南省教育厅项目(∞C髓2).
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DNA￥equeⅫ
(上接第41页)度和模量的情况下,显著地提高环氧树脂地冲击强度
2.4一眯唑体系弯曲性能和玻璃化温度的情况下.显著地提高体系的冲 击强度和断裂韧性Glc.液体橡胶含量为5phr时,体系冲击强度为 13.12KJ,m2,提高幅度为33%;体系断裂韧性Gr为100J,m2.提高幅度 为43%. 3.2加人扩链剂双酚S使得环氧树脂基体的延性增大,能大大提 高丙烯酸酯液体橡胶对环氧树脂的增韧效果.加入25phr双酚S和
和断裂韧性岛.
2.3双酚S的加入对不同的环氧树脂,钝化2.4一咪唑体系的性能 影响 加入不同用量的双酚S后.丙烯酸酯增韧环氧树脂/钝化2,4一咪 唑体系的力学性能见表2. 表2不同用■双酚S对环氯树脂改性体系的力学性能的影响
双酚s用量 (phr)
0 10 15 20 25
5phr液体橡胶,改性体系的冲击强度值为49.12删,提高幅度为
应力发白和颈缩现象.e
【参考文献】
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epoxy resins epoxy
冲击强度 (KJim2)
13.12 33.02 27.23
断裂韧性 (Jim2)
100 149.5 293.1 308.8 631.4
弯曲强度 0aPa)
78.9l 73.58 73.59 78.63
弯曲模量 (GPa)
2.406 2.202 2.112 2.546 2.554
290%;断裂韧性的值为63IJ/m2,提高幅度为53l%;相比较空白环氧 体系,分别提高了3.98和8.Ol倍.同时在劈裂试件断面发现有明显的
IIJIMA,MASAO
by
TOMOIJUNICHI YAMASAKI,et
reactive
a1.Toughening
of
33.铂
49.12
modifieaition with
acrylic elastomers containing pendant
83."
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based liquid
由表2可知:加入双酚S后,体系冲击强度和断裂韧性岛都有不
同程度的提高,其中冲击强度和断裂韧性提高幅度较大.双酚S用量 为25phr时.体系冲击强度提高幅度为290%;体系断裂韧性提高幅度 为53l%.体系的弯曲强度和弯曲模量先降低后升高.其中双酚S用量 为25phr时,弯曲模量升高幅度为5.5%,弯曲模量升高幅度为6.2%. 可见双酚S不仅能显著地提高环氧树脂地冲击强度和断裂韧性G.. 而且能小幅度提高强度和模量. 3.结论 3.1加人丙烯酸酯液体橡胶能在不大幅度降低环氧树脂,钝化
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[责任编辑:王静】
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万方数据
一种新的DNA序列的3D图形表示
作者: 作者单位: 刊名: 英文刊名: 年,卷(期): 引用次数: 周金玉, 肖前军, 邓总纲, ZHOU Jin-Yu, XIAO Qian-Jun, DENG Zong-Gang 湖南理工职业技术学院,湖南,湘潭,411105 科技信息 SCIENCE & TECHNOLOGY INFORMATION 2009,(25) 0次
参考文献(15条) 1.X Guo.M Randic.S C Basak A novel 2-D graphical representation of DNA sequences of low degeneracy 2001 2.张庆友.许禄 DNA编码序列的图形表示及相似度计算 2002 3.M Randic.M Vrakoc.N Lers.D.Plsvsic Novel 2-D graphical representation of DNA sequences and their numerical characterization 2003 4.J Song.H W Tang A new 2-D graphical representation of DNA sequences and their numerical eharacterization 2005 5.Y H Yan.T M Wang A class of new 2-D graphical representation of DNA sequences and their application 2004 6.J Wang.Y Zhang Characterization and similarity analysis of DNA sequences grounded on a 2-D graphical representation 2006 7.C Yuan.B Lian.T M Wang New 3D graphical representation of DNA sequences and their numerical characterization 2003 8.B Lian.T M Wang 3 -D graphical representation of DNA sequences and their numerical characterization 2004 9.B Lian.K Ding A 3D graphical representation of DNA sequences and its application 2006 10.迟锐.高随祥 DNA序列的3D图形表示 2007(3) 11.X Q Qi.J Wen.Z H Qi New 3D graphical representation of DNA sequence based on dual oneleotides 2007 12.Z H Qi.T R Fan PN-curve:A 3D graphical representation of DNA sequences and their numerical characterization 2007 13.R Chi.K Ding Novel 4D numerical representation of DNA sequences 2005 14.H J Jeffrey Chaos game representation of gene structure 1990 15.A Nandy.M Harle.S C Basak Mathematical descriptors of DNA sequences:development and applications 2006(ix)
相似文献(5条) 1.期刊论文 迟锐.高随祥.CHI Rui.GAO Sui-Xiang DNA序列的3D图形表示 -中国科学院研究生院学报2007,24(3)
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2.期刊论文 张玉森.廖波.ZHANG Yu-sen.LIAO Bo 基于3-D图形表示的DNA序列的相似性分析 -生物数学学报 2007,22(4)
基于DNA序列的3D图形表示,通过L/L矩阵的规范化最大特征值组成的3维向量来刻画了DNA序列.并基于这种方法,用β-globin基因的第一个外显子分
析了11个物种的相似性问题.
3.学位论文 王慧玲 基于3D图形表示的禽流感病毒的相似性分析 2009
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4.期刊论文 骆嘉伟.张惜珍.LUO Jiawei.ZHANG Xizhen 一种新的基于3D图形的进化树构造方法 -武汉理工大学学 报(信息与管理工程版)2007,29(4)
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5.学位论文 陈维洋 蚁群算法和编码理论在序列分析中的应用 2009
随着人类基因组计划的开展,以及各种生物基因序列的研究,产生了越来越多的分子序列数据.对这些序列数据进行科学的分析,处理可以推动生 物信息学的发展.序列分析是生物信息学中的基本操作,通过分析序列之间的相似性可以预测它们之间的结构和功能关系.本文将在序列比对,序列的 数字编码,突变分析,基于数字编码的图形表示及相似性分析方面进行研究. 对序列比对问题进行详细的研究之后提出了一种基于点阵图的蚁群 双序列比对算法.首先将两条序列在平面上表示出来,然后运用蚁群优化算法来寻找代表了较好比对结果的路径.算法中根据信息素和匹配得分来选择 下一个位置,通过实验验证了算法的比对效果. 给出了一种基于多维图形的多序列表示方法.基于这种表示方法可以将多序列比对中出现的每一 种比对情况都考虑进去.根据这种表示方法和具体的规则,可以运用蚁群优化算法在具体的图形上寻找代表较优比对结果的路径.文中给出了三维,四 维的具体图形细则,以及它们的平面层次化表示方式,还给出了一种用于分析序列比对的平面图形,并对它所代表的生物学意义做了介绍.用具体的生 物序列给出了比对实验,验证了用多维图形表示多条序列这一思想的可行性以及比对算法的有效性. 提出了一种DNA序列的数字编码方式.将序列 编码之后,可以进行DNA序列的突变分析以及序列之间的相似性比较.方法中用到了异或操作,根据得到的异或结果可以进行突变类型分析.基于这种编 码,文中还给出了一种DNA序列的3D图形表示方法,基于这种图形表示方法还做了序列的相似性分析.最后还将这种二进制数字编码方法用于RNA二级结 构的表示上面,在对RNA二级结构的数字编码方法进行了详细的描述之后,又对基本的突变类型进行了分析.
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