基于de bruijn graph梳理的宏基因组拼接算法开发

结题报告
项目介绍
AI项目解读

基本信息

  • 批准号:
    61771009
  • 项目类别:
    面上项目
  • 资助金额:
    50.0万
  • 负责人:
  • 依托单位:
  • 学科分类:
    F0124.生物电子学与生物信息处理
  • 结题年份:
    2021
  • 批准年份:
    2017
  • 项目状态:
    已结题
  • 起止时间:
    2018-01-01 至2021-12-31

项目摘要

Metagenomic sequencing allows reconstruction of microbial genomes directly from environmental samples. A number of assemblers for reconstructing metagenomes using NGS sequencing data have been developed, but they are all too limited to be used in practice. The computational study of the problem is now facing a bottleneck in both effectiveness and efficiency. In this project we aim at revolutionizing the traditional approaches to challenge the fundamental problem based on a dynamically changed de Bruijn graph..The main goal of the project is to develop an innovative algorithm for assembling metagenomes using NGS sequencing data leveraging four basic operations on a dynamically changed de Bruijn graph, followed by a software pipeline which can be freely used by users who are in need of metagenomics analysis for academic purposes. Concretely, we will 1) complete de Bruijn graph by bridging between tips using mate-pair reads; 2) transform the completed de Bruijn graph into a canonical de Bruijn graph by tearing and contracting each sub-path matching a mate-pair such that each mate-pair belongs to a single contracted edge of the canonical de Bruijn graph; 3) transform the canonical de Bruijn graph into a set of parallel contracted edges by combing the canonical de Bruijn graph at each node and contracting simple paths; 4) stretching these contracted edges back to genome-representing paths by tracing back the contractions. In addition, we will also estimate the abundances of individual genomes within a metagenome to be assembled by keeping the coverage depths for the contracted edges. The software pipeline will be developed as an open source like those we did before. This project starts a new approach with the unique features: 1) of capability of rescuing those genomes which are not fully sequenced by completing the de Bruijn graph using mate-pairs; 2) of capability of effectively and efficiently integrating coverage depth and mate-pair information by combination of tearing, combing, contracting and stretching techniques. .We benchmarked the preliminary results on simulated datasets, demonstrating that the proposed approach in this project would be highly promising in reconstruction of metagenomes using NGS short sequences. It is the first attempt to accurately reconstruct the whole genomes within a metagenome. It has been roughly estimated based on our experiences of assembling transcriptomes that the planed project would substantially revolutionize the state of the art of same kind. Taking advantage of the techniques proposed in this project, the new metagenome assembler will play a crucial role for new discoveries in metagenome study after it is fully accomplished.
从环境中直接取样的样品中含有多种未知的、不可分离的微生物,宏基因组测序技术使得重构样品中的微生物基因组成为可能。然而,目前有很少几个基于二代测序数据的宏基因组拼接算法或软件,并且在实际应用中遇到了难以克服的两大瓶颈:拼接效果和计算效率。我们将挑战这一计算难题,通过建立新的数学模型和研制新的算法技术,实现突破宏基因组重构的计算瓶颈。本项目将研发一个基于二代测序的全新的宏基因组拼接算法,其核心思想是建立一个动态变化的de bruijn graph,通过研发de bruijn graph的梳理技术实现宏基因组的计算重构。新拼接算法将独有如下特征:1)能合理使用双端测序信息完善de bruijn graph,从而拼接出没有被全长测序的基因组;2)通过子路移除,点的梳理,路径收缩以及收缩边的展开等技术,能高效的将覆盖度信息和双端测序信息有机结合起来。在模拟数据上对初步结果的测试显示,本项目提出的方法

结项摘要

从环境中直接取样的样品中含有多种未知的、不可分离的微生物,宏基因组测序技术使得重构样品中的微生物基因组成为可能。然而,目前有很少几个基于二代测序数据的宏基因组拼接算法或软件,并且在实际应用中遇到了难以克服的两大瓶颈:拼接效果和计算效率。我们挑战了这一计算难题,通过建立新的数学模型和研制新的算法技术,实现了突破宏基因组重构的计算技术。本项目研发了一系列基于二代测序的转录组拼接算法,其核心思想是建立一个动态变化的德补路径图,通过研发德补路径图的梳理技术实现了转录组重构的组装算法,而重构宏基因组的组装计算将由此出发。新拼接算法的确独有如下特征:1)能合理使用双端测序信息完善德补路径图,从而拼接出没有被全长测序的基因组;2)通过子路移除,点的梳理,路径收缩以及收缩边的展开等技术,能高效的将覆盖度信息和双端测序信息有机结合起来。在模拟数据上对初步结果的测试显示,本项目提出的方法能够有效的利用二代测序数据完成微生物宏基因组的重构。发表相关学术论文十余篇。

项目成果

期刊论文数量(9)
专著数量(0)
科研奖励数量(0)
会议论文数量(0)
专利数量(0)
Prediction of Driver Modules via Balancing Exclusive Coverages of Mutations in Cancer Samples
通过平衡癌症样本中突变的独家覆盖范围来预测驱动模块
  • DOI:
    10.1002/advs.201801384
  • 发表时间:
    2019-02-20
  • 期刊:
    ADVANCED SCIENCE
  • 影响因子:
    15.1
  • 作者:
    Gao, Bo;Zhao, Yue;Su, Zhengchang
  • 通讯作者:
    Su, Zhengchang
iPAC: a genome-guided assembler of isoforms via phasing and combing paths
iPAC:通过定相和组合路径进行基因组引导的亚型组装程序
  • DOI:
    10.1093/bioinformatics/btaa052
  • 发表时间:
    2020
  • 期刊:
    Bioinformatics
  • 影响因子:
    5.8
  • 作者:
    Ting Yu;Juntao Liu;Xin Gao;Guojun Li
  • 通讯作者:
    Guojun Li
MiMod: A New Algorithm for Mining Biological Network Modules
MiMod:一种挖掘生物网络模块的新算法
  • DOI:
    10.1109/access.2019.2909946
  • 发表时间:
    2019-04
  • 期刊:
    IEEE Access
  • 影响因子:
    3.9
  • 作者:
    Li Yang;Liu Bingqiang;Li Jing;Li Guojun
  • 通讯作者:
    Li Guojun
MaxMIF: A New Method for Identifying Cancer Driver Genes through Effective Data Integration.
MaxMIF:通过有效数据整合识别癌症驱动基因的新方法
  • DOI:
    10.1002/advs.201800640
  • 发表时间:
    2018-09
  • 期刊:
    Advanced science (Weinheim, Baden-Wurttemberg, Germany)
  • 影响因子:
    --
  • 作者:
    Hou Y;Gao B;Li G;Su Z
  • 通讯作者:
    Su Z
Revealing favorable and unfavorable residues in cooperative positions in protease cleavage sites
揭示蛋白酶裂解位点协同位置中有利和不利的残基
  • DOI:
    10.1016/j.bbrc.2019.09.056
  • 发表时间:
    2019-11-19
  • 期刊:
    BIOCHEMICAL AND BIOPHYSICAL RESEARCH COMMUNICATIONS
  • 影响因子:
    3.1
  • 作者:
    Qi,Enfeng;Wang,Dongyu;Su,Zhengchang
  • 通讯作者:
    Su,Zhengchang

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其他文献

A vertex cover with chorded 4-cycles
带弦 4 周期的顶点覆盖
  • DOI:
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  • 发表时间:
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  • 作者:
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  • 通讯作者:
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基于光学遥感卫星影像的南极冰流速产品和方法研究综述
  • DOI:
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    2022
  • 期刊:
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    --
  • 作者:
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  • 通讯作者:
    夏梦莲
Every cycle-connected multipartite tournament with $\delta\geq 2$contains at least two universal arcs
每个具有 $\delta\geq 2$ 的循环连接的多方锦标赛包含至少两个通用弧
  • DOI:
    --
  • 发表时间:
    2013
  • 期刊:
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  • 影响因子:
    0.7
  • 作者:
    邹青松;李国君;高云澍
  • 通讯作者:
    高云澍
格子-Boltzmann方法模拟霜结晶生长
  • DOI:
    --
  • 发表时间:
    2013
  • 期刊:
    低温工程
  • 影响因子:
    --
  • 作者:
    龚建英;孙金绢;李国君
  • 通讯作者:
    李国君
透平级内动静干涉对凝结特性影响
  • DOI:
    --
  • 发表时间:
    --
  • 期刊:
    工程热物理学报, 28(suppl.1): 89-92, 2007
  • 影响因子:
    --
  • 作者:
    李 亮;丰镇平;李国君
  • 通讯作者:
    李国君

其他文献

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李国君的其他基金

基于图与组合优化的生物数据和网络数据挖掘算法研究
  • 批准号:
  • 批准年份:
    2019
  • 资助金额:
    270 万元
  • 项目类别:
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癌症基因组中关键驱动突变信号通路的理论问题研究及算法设计
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基于高通量RNA-seq数据转录组拼接的关键技术与算法研究
  • 批准号:
    61432010
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DNA数据挖掘中的组合理论与算法设计
  • 批准号:
    60673059
  • 批准年份:
    2006
  • 资助金额:
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    面上项目
近似算法的设计与分析
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  • 批准年份:
    2003
  • 资助金额:
    18.0 万元
  • 项目类别:
    面上项目
图论与组合技术在理论计算机科学中的应用
  • 批准号:
    10271065
  • 批准年份:
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    面上项目
图的连通因子与正交因子分解问题及其算法研究
  • 批准号:
    19971053
  • 批准年份:
    1999
  • 资助金额:
    8.0 万元
  • 项目类别:
    面上项目

相似国自然基金

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  • 批准号:
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  • 批准年份:
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相似海外基金

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AI项目解读示例

课题项目:调控A型流感病毒诱导IFN-β表达的机制研究

AI项目摘要:

本研究聚焦于TRIM2蛋白在A型流感病毒诱导的IFN-β表达中的调控机制。A型流感病毒是全球性健康问题,其感染可导致严重的呼吸道疾病。IFN-β作为关键的抗病毒因子,其表达水平对抗病毒防御至关重要。然而,TRIM2如何调控IFN-β的表达尚未明确。本研究假设TRIM2通过与病毒RNA或宿主因子相互作用,影响IFN-β的产生。我们将采用分子生物学、细胞生物学和免疫学方法,探索TRIM2与A型流感病毒诱导IFN-β表达的关系。预期结果将揭示TRIM2在抗病毒免疫反应中的作用,为开发新的抗病毒策略提供理论基础。该研究对理解宿主抗病毒机制具有重要科学意义,并可能对临床治疗流感病毒感染提供新的视角。

AI项目思路:

科学问题:TRIM2如何调控A型流感病毒诱导的IFN-β表达?
前期研究:已有研究表明TRIM2参与抗病毒反应,但其具体机制尚不明确。
研究创新点:本研究将深入探讨TRIM2在IFN-β表达中的直接作用机制。
技术路线:包括病毒学、分子生物学、细胞培养和免疫检测技术。
关键技术:TRIM2与病毒RNA的相互作用分析,IFN-β启动子活性检测。
实验模型:使用A型流感病毒感染的细胞模型进行研究。

AI技术路线图

        graph TD
          A[研究起始] --> B[文献回顾与假设提出]
          B --> C[实验设计与方法学准备]
          C --> D[A型流感病毒感染模型建立]
          D --> E[TRIM2与病毒RNA相互作用分析]
          E --> F[TRIM2对IFN-β启动子活性的影响]
          F --> G[IFN-β表达水平测定]
          G --> H[TRIM2功能丧失与获得研究]
          H --> I[数据收集与分析]
          I --> J[结果解释与科学验证]
          J --> K[研究结论与未来方向]
          K --> L[研究结束]
      
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