[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

本發明公開了一種RNA二級結構預測方法及系統，涉及生物信息學領域。本發明包括以下步驟：獲取RNA數據樣本，并讀取RNA樣本序列；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，莖區替換等操作，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。本發明對于RNA進行二級結構預測有著合理的空間復雜度，以及較高的準確性，使得能量計算和結構預測時擁有更快的效率。

技術領域

本發明涉及生物信息學領域，更具體的說是涉及一種RNA二級結構預測方法及系統。

背景技術

伴隨著生物信息學的發展，以及人們對基因研究的深入，RNA已經不再僅僅是從DNA到蛋白質的“信使”。在生命活動中，RNA表現出來的重要地位，讓人們開始重新關注和重視RNA所引起的各種生物化學功能，因此研究透徹RNA的二級結構，可以幫助我們更準確的預測蛋白質的結構。不同的生物學也從RNA二級結構中發現了獨特的計算模型，RNA的結構知識為醫學藥物開發也提供了重要的基礎，這一領域獲得了大家越來越多的重視并且人們已經將一些RNA二級結構的折疊算法用于生物制藥中。我們已經知道RNA的功能與其結構息息相關，密不可分，RNA的結構決定著RNA的功能，當然，我們也不能忽略掉RNA中可能存在的假結結構對一些重要的生物功能產生的重要影響。考慮到假結結構的特殊性和難解性，帶假結的RNA二級結構預測算法也已成為RNA二級結構預測算法研究中的重難點。

發明內容

有鑒于此，本發明提供了一種RNA二級結構預測方法及系統，以解決上述技術問題。

為了實現上述目的，本發明采用如下技術方案：

一種RNA二級結構預測方法，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。

可選的，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。

可選的，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，形成初始莖區池，并對莖區池中所有莖區進行能量計算，存儲于莖區池中。

可選的，構建初始種群的步驟如下：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。

可選的，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。

可選的，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；