基于遺傳算法的含假結(jié)的核酸二級結(jié)構(gòu)預測研究.pdf

1、DNA和RNA核酸分子在生物的整個進化過程中是不可缺少的一部分。近年來隨著生物技術(shù)的發(fā)展，經(jīng)過優(yōu)化設計的核酸分子的自組裝技術(shù)在生物分子計算、生物傳感器、靶向藥物治療等領域也有著重要應用。在這些領域中，核酸分子的優(yōu)化設計和結(jié)構(gòu)預測是一個重要的研究內(nèi)容。核酸分子可以通過堿基的氫鍵吸引，折疊自身而形成多樣的二級結(jié)構(gòu)。任意的單鏈核酸分子都存在海量的堿基匹配組合，究竟哪種匹配的結(jié)構(gòu)是核酸分子最穩(wěn)定的結(jié)構(gòu)是個復雜的組合優(yōu)化問題。此外，包含假結(jié)的核酸

2、分子二級結(jié)構(gòu)預測問題已被證明是一個NP完全問題。因此，預測含假結(jié)的核酸分子的二級結(jié)構(gòu)是一個重要的熱點問題和難點問題，具有重要的理論意義和應用價值。目前，國內(nèi)外許多學者已提出了預測核酸分子二級結(jié)構(gòu)的各種算法。在目前已有的算法中，精確算法在核酸分子規(guī)模較小時有不錯的搜索效果，但隨著核酸分子堿基數(shù)量的增多，這些精確算法就顯得有些無能為力，無法在有限的時間內(nèi)預測出核酸分子的結(jié)構(gòu)，且傳統(tǒng)的動態(tài)規(guī)劃算法無法預測出假結(jié);另一方面，有些近似算法雖然能夠

3、處理堿基數(shù)量較多的核酸分子序列，但收斂速度過慢。
　　本研究提出一種基于遺傳算法的含假結(jié)的二級結(jié)構(gòu)預測算法，允許在RNA分子骨架的下方連接氫鍵形成可平面的假結(jié)，最大程度地降低核酸分子的自由能。算法用莖區(qū)的長度和自由能一起作為作評估個體的標準，針對核酸分子的特點，提出了改進的交叉、變異遺傳算子。本文利用PseudoBase數(shù)據(jù)庫的核酸實例進行了測試，并與ProbKnot、Mfold、HotKnots等其它著名的核酸二級結(jié)構(gòu)預測算法進