[發明專利]RNA二級結構預測方法及系統

在審

• 申請號: 202210546028.X
• 申請日: 2022-05-19
• 公開（公告）號: CN114822692A
• 公開（公告）日: 2022-07-29
• 發明（設計）人: 沈家全;張永新;徐成路;李德光;張斌斌;付苗苗;李男杰;李純旭;王世同
• 申請（專利權）人: 洛陽師范學院
• 主分類號: G16B25/10
• 分類號: G16B25/10;G06N3/00
• 代理公司: 北京睿智保誠專利代理事務所(普通合伙) 11732
• 代理人: 杜娟

1.一種RNA二級結構預測方法，其特征在于，包括以下步驟：

獲取RNA數據樣本，并讀取RNA序列

構建螺旋區點陣圖；

根據螺旋區點陣圖構建初始莖區池；

利用莖區池構建初始種群；

在初始種群的基礎之上，對RNA的種子進行能量計算，交叉，變異，莖區替換操作，得到RNA種子自由能值，莖的位置和長度，環的種類和個數，多分支環和發夾環的位置以及發夾環長度，RNA中未配對的自由堿基單鏈的長度以及位置。

2.根據權利要求1所述的一種RNA二級結構預測方法，其特征在于，所述螺旋區點陣圖的構建規則如下：針對長度為n的RNA序列，構建n*n的螺旋區點陣矩陣，如果RNA序列中的堿基對是Watson crick堿基對或者Wobble堿基對時，則螺旋區點陣矩陣中相應位置的矩陣值為1，否則矩陣值賦值為0。

3.根據權利要求1所述的一種RNA二級結構預測方法，其特征在于，構建初始莖區池的步驟如下：按照45°反對角線方向遍歷整個螺旋區點陣矩陣，得到所有可能的莖區，將所有可能的莖區存放于數組stem[s]中，形成初始的莖區池，對莖區池中所有莖區進行能量計算并存儲于莖區池中。

4.根據權利要求1所述的一種RNA二級結構預測方法，其特征在于，所述利用莖區池構建初始種群的規則如下：隨機選擇若干莖區組成一個種子，將種子內部莖區按照莖區開始位置排序，判斷排序后的莖區是否存在交叉，若有交叉則刪除交叉莖區，并填補刪除的莖區，多次重復，直至沒有交叉。重復上述步驟，形成大規模初始種群。

5.根據權利要求1所述的一種RNA二級結構預測方法，其特征在于，還包括將形成的初始種群輸出測試，測試步驟如下：對初始種群中的每一個種子的莖區進行檢測，判斷種子內部莖區是否有交叉，如果有交叉，則種群隨機生成模塊不正確，如果沒有交叉，說明正確。

6.根據權利要求1所述的一種RNA二級結構預測方法，其特征在于，隨機選取部分種子的莖區進行變異操作的具體步驟如下：

交叉完成之后，對種群按照個體自由能大小進行排序；

將種子個體中的莖區按自由能從小到大排序；

隨機生成概率，如果生成的隨機數大于變異算子，則對種子進行變異操作，將種子的最后一個莖區進行隨機變異，得到變異后種子，對變異種子的莖區進行重新排序，并判斷莖區是否交叉，如果交叉則刪除，并采用Metropolis準則替換莖區，重復至不交叉為止。

7.一種RNA二級結構預測系統，其特征在于，所述Metropolis準則如下：從莖區池中隨機選擇一個莖區加入到當前的種子個體中，計算替換前后個體的自由能值變化ΔE值。若ΔE＝0，首先要產生一個在0和1之間的隨機值，記為r，退火溫度T的初始值為Boltamann常數，若exp(-ΔE/kT)r，則將該莖區加入到當前的個體中。如果以上情況都不滿足，則舍棄該莖區，并從莖區隨機候選列表中重新隨機選擇一個莖區重復同樣的操作，直到找到滿足以上任何一個條件或者莖區隨機候選列表為空為止。假如最終莖區隨機列表為空時，相關的條件都不滿足，則保持原種子結構不變。

8.一種RNA二級結構預測系統，其特征在于，包括

RNA序列獲取模塊：用于獲取RNA數據樣本，并讀取RNA序列；

螺旋區點陣圖構建模塊：用于根據RNA序列構建螺旋區點陣圖；

初始莖區池構建模塊：用于根據螺旋區點陣圖構建初始莖區池；

初始種群構建模塊：用于利用莖區池構建初始種群；

二級結構計算模塊：用于在初始種群的基礎之上，對RNA的種子進行能量計算，交叉，變異，莖區替換操作，得到RNA種子自由能值，莖的位置和長度，環的種類和個數，多分支環和發夾環的位置以及發夾環長度，RNA中未配對的自由堿基單鏈的長度以及位置。