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申请/专利权人：重庆科技学院

摘要：本发明公开了一种问号赖型钩端螺旋体基因损失率分析方法，首先，通过对问号赖型钩端螺旋体进行比对挑出复制基因，再分别计算出每对复制基因的每个同义位点和每个非同义位点的替代数目，最后包括利用性质构造微分方程使用回归分析进行函数拟合，了解了复制基因进化过程中选择约束力的变化情况，并引入以S为分歧时间的概念，推断了复制基因的复制基因损失率。

主权项：一种问号赖型钩端螺旋体复制基因损失率分析方法，其特征在于，包括以下步骤：1获得问号赖型钩端螺旋体的复制基因问号赖型钩端螺旋体在NCBI下载，通过BLAST、Matlab和VC软件进行比对挑出复制基因，再用Kestim61软件分别计算出每对复制基因的每个同义位点和非同义替代位点的替代数目，总共获得519对复制基因；2建立微分方程在复制基因的每个同义位点的替代数目为0，0.25的范围进行讨论,在这个范围内,每个位点产生重复替代的可能性最小,并且在这个相对短的时间范围内,可以预测在同义位点的进化率近似常数，基因的产生和损失被认为实质上是一个稳定的过程，故基因复制的损失率可以用生存函数来估计；用一个R随着S衰退的简单模型,来观察复制基因随着时间变化的选择约束力的变化情况；其中，R表示复制基因的每个非同义位点的替代数目；dNdS=-S]]其中，d为微分符号，λ为损失系数，N0代表在分歧时间0时刻的复制基因的数目，Ns是在分歧时间S时刻观察到的复制基因的数目，Ns简记为N；N0＝N03求解微分方程对微分方程求解，获得微分方程解析解为：Ns＝N0e‑λS4利用最小二乘法拟合参数，获得初值和损失系数通过最小二乘法拟合，获得λ和N0的数据值，λ为7.77683，N0为38.01778；5获得损失率和半衰期获得所述损失系数，所述损失系数为：7.78，以分歧时间S为损失系数的测度，得到基因复制的半衰期为0.089倍,当基因复制95％损失时，此时的损失系数的测度S是半衰期时损失系数的测度S的4.32倍。

全文数据：一种问号赖型钩端螺旋体复制基因损失率分析方法技术领域[0001]本发明属于微生物技术领域，涉及一种问号赖型钩端螺旋体复制基因损失率分析方法，具体地说，涉及一种基于微分方程和回归分析的问号赖型钩端螺旋体复制基因损失率分析方法。背景技术[0002]问号赖型钩端螺旋体LeptospirainterrogansserovarLai是钩端螺旋体（钩体）的一种，钩端螺旋体是一种古老的微生物，在进化中属于真菌的一个分支。钩体病是一种世界范围内的人畜共患病，主要症状包括发热、肌肉痛、乏力，严重者发现为脏器广泛性出血，肾、肺功能损伤。我们所研究的问号赖型钩端螺旋体是具有代表性的一种具有剧毒的钩体，它的生物学特征和致病性有其独特性，也是我国两个流行菌型之一。问号赖型钩端螺旋体有两条染色体。虽然在预防和治疗钩体病方面取得了很大进展，但其遗传学特性和致病机理尚不完全清楚，期待通过其复制基因的研究来揭开其机理。[0003]基因复制是指以亲代基因为模板合成子代基因的过程。基因复制可能是复制1个基因，1段染色体片断或者全基因组。复制基因被公认为是产生新物种、新功能所必需的材料来源。研究发现在真核生物动物，植物等）、原核生物细菌和古细菌）中，普遍存在着大量的复制基因。然而，大部分复制基因在几百万年是沉默的，只有少数正在或将来经历强的净化选择，尽管复制基因可能很少产生的新功能，但这些基因的随机沉默在新物种的间接起源上起了重要作用。[0004]基因复制后的拷贝将会受到选择约束力的限制，可能受到的选择约束力可能包括达尔文的正选择、中性选择、净化选择等。所受到的选择约束力的不同，会影响到复制基因是产生新功能还是保持沉默，甚至会被淘汰。通过复制基因可观察到核苷酸替代的数目，能推出复制基因发生时间和选择约束力对复制基因的影响及基因损失率情况。发明内容[0005]本发明的目的是克服现有技术的缺陷，提供一种问号赖型钩端螺旋体复制基因损失率分析方法。[0006]其技术方案为：[0007]—种问号赖型钩端螺旋体复制基因损失率分析方法，包括以下步骤：[0008]1获得问号赖型钩端螺旋体的复制基因[0009]问号赖型钩端螺旋体可以在NCBI下载，通过BLAST，MATLAB，VC软件进行挑选、比对，选择复制基因，再用Kestim61软件分别计算出每对复制基因的每个同义位点和非同义替代位点的替代数目，总共获得519对复制基因；[0010]2建立微分方程[0011]通过对问号赖型钩端螺旋体进行比对挑出复制基因，再分别计算出每对复制基因的每个同义位点和每个非同义位点的替代数目，在〇S0.25的范围进行讨论。在这个范围内，每个位点产生重复替代的可能性最小，并且在这个相对短的时间范围内，可以预测在同义位点的进化率近似常数，基因的产生和损失被认为实质上是一个稳定的过程。故基因复制的损失率可以用生存函数来估计：[0012]用一个R随着S衰退的简单模型，来观察复制基因随着时间变化的选择约束力的变化情况。我们建立下面的微分方程来描述上诉规律：[00M]其中d为损失系数，No为初值，NS是在分歧时间S时观察到的复制基因数目。设微分方程初值为：[0016]3求解微分方程[0017]对微分方程求解，获得微分方程解析解为：[0019]4利用回归分析拟合参数，获得初值No和损失系数d[0020]通过回归分析获得d和No的数据值，其中d为7.77683，No为38.01778;[0021]5获得损失率和半衰期[0022]获得损失系数，损失系数为:7.78，以S为测度，得到基因复制的半衰期为0.089，当95%损失为S=0.38，此时的S是半衰期S的4.32倍。[0023]与现有技术相比，本方法较好地描述了问号赖型钩端螺旋体复制基因损失率动态变化过程并获得了分析问号赖型钩端螺旋体一种复制基因损失率的方法。方法使用简单，操作方便。同时也可推广到其他基因、基因组的分析或计算。附图说明[0024]图1是本发明问号赖型钩端螺旋体基因损失率分析方法的流程示意图；[0025]图2是回归分析获得的复制基因损失率图。具体实施方式[0026]下面结合附图具体实施例来详细描述本发明的技术方案。[0027]本发明的原理为:首先，通过对问号赖型钩端螺旋体进行比对挑出复制基因，再分别计算出每对复制基因的每个同义位点和每个非同义位点的替代数目，最后包括利用性质构造微分方程并使用回归分析进行求得相关参数，了解复制基因进化过程中选择约束力的变化情况，并引入以S为分歧时间的概念，推断了复制基因损失率。[0028]参照图1，一种问号赖型钩端螺旋体基因损失率分析方法，包括以下步骤：[0029]1获得问号赖型钩端螺旋体的复制基因[0030]问号赖型钩端螺旋体可以在NCBI下载，通过BLAST，Matlab，VC软件进行比对挑出复制基因，再用Kestim61软件可以分别计算出每对复制基因的每个同义位点和非同义替代位点的替代数目，总共获得519对复制基因；[0031]2建立微分方程[0032]通过对问号赖型钩端螺旋体进行比对挑出复制基因，再分别计算出每对复制基因的每个同义位点和每个非同义位点的替代数目，在OS0.25的范围进行讨论，在这个范围内，每个位点产生重复替代的可能性最小，并且在这个相对短的时间范围内，可以预测在同义位点的进化率近似常数，基因的产生和损失被认为实质上是一个稳定的过程.故基因复制的损失率可以用生存函数来估计：[0033]建立一个R随着S衰退的简单模型，来观察复制基因随着时间变化的选择约束力的变化情况。我们构建下面的微分方程：[0035]其中d为损失系数，No为初值，Ns是在分歧时间时S观察到的复制基因的数目。[0037]3求解微分方程[0038]对微分方程求解，获得微分方程解析解为：[0040]4利用回归分析拟合上述参数，获得初值和拟合系数[0041]通过回归分析，获得d和No的数据值，如表1所示：[0042]表1通过回归分析，获得d和No的数据值[0044]5获得损失率和半衰期[0045]获得损失系数，损失系数为:7.78，以S为测度，得到基因复制的半衰期为0.089，当95%损失为S=0.38，此时的S是半衰期S的4.32倍。[0046]以上所述，仅为本发明较佳的具体实施方式，本发明的保护范围不限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明披露的技术范围内，可显而易见地得到的技术方案的简单变化或等效替换均落入本发明的保护范围内。

权利要求：I.一种问号赖型钩端螺旋体复制基因损失率分析方法，其特征在于，包括以下步骤：1获得问号赖型钩端螺旋体的复制基因问号赖型钩端螺旋体在NCBI下载，通过BLAST、Matlab和VC软件进行比对挑出复制基因，再用Kestim61软件分别计算出每对复制基因的每个同义位点和非同义替代位点的替代数目，总共获得519对复制基因；2建立微分方程在复制基因的每个同义位点的替代数目为0,0.25的范围进行讨论，在这个范围内，每个位点产生重复替代的可能性最小，并且在这个相对短的时间范围内，可以预测在同义位点的进化率近似常数，基因的产生和损失被认为实质上是一个稳定的过程，故基因复制的损失率可以用生存函数来估计；用一个R随着S衰退的简单模型，来观察复制基因随着时间变化的选择约束力的变化情况;其中，R表示复制基因的每个非同义位点的替代数目；其中，d为微分符号，λ为损失系数，No代表在分歧时间0时刻的复制基因的数目，Ns是在分歧时间S时刻观察到的复制基因的数目，Ns简记为N;3求解微分方程对微分方程求解，获得微分方程解析解为：4利用最小二乘法拟合参数，获得初值和损失系数通过最小二乘法拟合，获得λ和No的数据值，λ为7.77683，No为38.01778;5获得损失率和半衰期获得所述损失系数，所述损失系数为:7.78，以分歧时间S为损失系数的测度，得到基因复制的半衰期为〇.089倍，当基因复制95%损失时，此时的损失系数的测度S是半衰期时损失系数的测度S的4.32倍。

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