基于生物特征显示的DNA序列可视化研究

DNA sequence visualization is an important method of DNA sequence analysis. However, existing visualization models focus on visualization effect problems, then limit their applications. Our preliminary work shows that dual-vector DNA walk technology can solve more problems than single-vector DNA walk technology; five-color technology has more advantages than four-color technology. So we prove that adding vectors and adding colors can enhance visualization models' display capability. Based on this fact, we reasonably propose "beside the necessary visualization effect problems(for instance degeneracy and loss of information), can a visualization model reflect some biological features of a DNA? And can we develop different applications based on different biological features?" In this project we would adopt multi-vector DNA walk technology, 2+1 dimension adding technology, improved multi-color technology and other display capability enhancing technology to build visualization models which can reflect some biological features, and apply them to virus (e.g. world-wide panic and re-emergence of avian influenza H5N1 virus) variation analysis, gene prediction, nucleic acid structure analysis,similarity analysis, phylogenetic analysis, and develop related software platform. Successful implementation of this project will enrich the theory of DNA sequence visualization, and provide new approaches and new ideas of the applications.

DNA序列可视化是DNA序列分析的重要方法。然而当前的可视化模型(方法)主要集中在可视化效果上，从而制约了其应用范围。我们前期工作显示：双向量DNA行走技术比单向量DNA行走技术能解决更多问题；五色图技术比四色图技术更有优势。从而我们证实：增加向量，增加颜色等技术可以增强可视化模型的显示能力。因此，我们合理地提出"能否在解决必要的可视化效果问题（如退化和信息丢失问题）的基础上，同时显示一些DNA生物特征？并根据不同的生物特征，有针对性地开发各种应用？"本课题拟采用多向量DNA行走技术、2+1增维技术、改进彩色技术及其它显示能力增强技术建立若干基于生物特征显示的可视化模型，应用到病毒（如引起世界恐慌并今年再度出现的禽流感H5N1病毒）变种分析、基因预测、核酸结构分析、相似性分析等领域，并开发相关软件平台。本课题的顺利实施将丰富DNA序列可视化理论，同时为以上应用领域提供新方法和新思路。

当前的DNA可视化模型主要集中在可视化效果上，从而制约了其应用范围。于是本课题提出了一个基于生物特征显示的DNA序列可视化模型GC-Curve。GC-Curve不但能解决退化问题、信息丢失问题、长DNA序列不好显示等可视化效果问题，同时GC-Curve还能显示DNA的GC含量。GC含量关系到DNA序列的稳定性，基因浓度，自然选择，基因突变偏好等。因此GC-Curve在各个方面都有许多潜在的应用价值。本课题已经将GC-Curve应用到相似性分析，稳定性分析，溶解温度预测。并开发了相关软件。..在生物特征方面，本课题进一步研究并提出了两个可视化模型MW-Curve1和MW-Curve2。MW-Curve2不但可以解决退化问题、信息丢失问题、长DNA序列不好显示问题，同时能显示DNA的分子质量。MW-Curve1的显示效果不好，但能帮助我们理解MW-Curve2是如何工作的。MW-Curve2被应用到相似性分析，分子质量分析，系统生成树分析。与现有的可视化模型的应用比较，我们的方法有两个优势。（1）我们系统生成树不但有合理的拓扑结构，而且还有合理的权重。（2）MW-Curve2为首个可视化模型，使其能进行这种分子质量比较分析。..本课题的顺利实施丰富了DNA 序列可视化理论，同时为DNA的相似性分析、稳定性分析、溶解温度预测、系统生成树分析等领域提供新方法和新思路。

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