全基因组关联分析基因交互作用探测算法研究

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项目介绍
AI项目解读

基本信息

  • 批准号:
    61370172
  • 项目类别:
    面上项目
  • 资助金额:
    73.0万
  • 负责人:
  • 依托单位:
  • 学科分类:
    F0213.生物信息计算与数字健康
  • 结题年份:
    2017
  • 批准年份:
    2013
  • 项目状态:
    已结题
  • 起止时间:
    2014-01-01 至2017-12-31

项目摘要

Genome-wide association studies (GWAS) provide a powerful approach to reveal the genetic architectures of human complex diseases. Since there are no efficient algorithms to detect gene-gene interactions in the genome-scale, single-locus based approaches are still the primary method for current GWAS with limited computing resources. However, gene-gene and gene-environment interactions play key roles in the development of human complex diseases. Practical and efficient algorithms of detecting multi-locus interactions are in urgent need. Vast sections of the human genome were previously wrongly thought as 'junk DNA'. Most genotype data used in GWAS are distributed in 'junk DNA' and the functional information underlying the genotype data has not been considered. A recent research of the ENCODE (Encyclopedia of DNA Elements) project showed that 80% of the human genome participate in at least one biochemical function and belong to a functional element. This project will map SNPs to DNA functional elements, translate the genotype data of GWAS into the data of functional elements, and partition DNA functional elements into subsets according the knowledge mined from gene regulation networks, metabolic pathways and protein-protein interaction networks. We will mine properties of small parameters in the data, and model interactions using clustering, logic regression and decision trees guided by the theory of parameterized complexity. Via the search strategy based on the partition, we will at last propose practical and efficient algorithms of detecting gene-gene interactions for GWAS using techniques in parameterized algorithm design and machine learning.
受计算资源和算法效率的制约,作为探索复杂疾病遗传机制有力手段的全基因组关联分析(GWAS)目前主要局限于单位点分析方法。可复杂疾病是基因-基因、基因-环境交互作用的结果,全基因组关联分析亟需高效多位点交互作用探测算法。 人类大部分DNA以前被误认为是"垃圾",GWAS采用的基因型数据大部分是在"垃圾"DNA上,其隐藏的功能信息没能利用。最近ENCODE计划已发现人类DNA80%的序列至少参与某一生化功能,属于某一功能元素。本项目将把SNP位点映射到DNA功能元素,把以SNP为单位的基因型数据转换成以功能元素为单位的数据,通过聚集基因调控网络、代谢路径和蛋白质交互网络等信息,把功能元素进行分区;进而挖掘变换后数据的小参数特性,利用聚类、逻辑回归、决策树等手段结合参数复杂理论为交互作用建模;最终基于分区搜索策略,采用参数算法设计技术和机器学习方法为GWAS设计实用高效的多位点交互作用探测算法。

结项摘要

受计算资源和算法效率的制约,作为探索复杂疾病遗传机制有力手段的全基因组关联分析(GWAS)目前主要局限于单位点分析,可复杂疾病是基因-基因、基因-环境交互作用的结果,设计有效的全基因组多基因交互作用探测算法对揭示复杂疾病发病机制有重要意义,全基因组关联分析亟需高效多位点交互作用探测算法。. 在本项目的资助下,我们提出了基于能量分布差异的多个SNP位点相互作用探测算法。该方法将每个个体的SNP序列对应到高维空间中的一个点,这些点都携带相同大小的能量;然后寻找一个新的坐标系,使得疾病人群与健康人群的能量分布差异达到最大;进而根据这个新坐标系找到有交互作用的多位点的SNP的组合。进而我们通过融合蛋白质互作信息和蛋白质在亚细胞中的位置信息构建加权交互图,通过迭代方法给候选的致病基因排序,并能有效发现新的候选致病基因。. 同时项目组在生物网络构建、基因组序列变异数据纠错、基因组变异的单体型分型研究上也取得了显著进展,我们利用平衡优化分区和两位点连锁加权图构建了单体型重建的有效算法,为进一步研究基于单体型的全基因组关联分析多基因交互作用探测算法研究打下了基础。

项目成果

期刊论文数量(15)
专著数量(0)
科研奖励数量(1)
会议论文数量(0)
专利数量(0)
Rechecking the Centrality-Lethality Rule in the Scope of Protein Subcellular Localization Interaction Networks.
重新检查蛋白质亚细胞定位相互作用网络范围内的中心性-致死性规则
  • DOI:
    10.1371/journal.pone.0130743
  • 发表时间:
    2015
  • 期刊:
    PloS one
  • 影响因子:
    3.7
  • 作者:
    Peng X;Wang J;Wang J;Wu FX;Pan Y
  • 通讯作者:
    Pan Y
A fixed-parameter algorithm for the maximum agreement forest problem on multifurcating trees
多叉树最大一致性森林问题的固定参数算法
  • DOI:
    10.1007/s11432-015-5355-1
  • 发表时间:
    2016
  • 期刊:
    Science China-Information Sciences
  • 影响因子:
    8.8
  • 作者:
    Feng Shi;Jianxin Wang;Yufei Yang;Qilong Feng;Weilong Li;Jianer Chen
  • 通讯作者:
    Jianer Chen
H-PoP and H-PoPG: heuristic partitioning algorithms for single individual haplotyping of polyploids
H-PoP 和 H-PoPG:用于多倍体单个个体单倍型分析的启发式分区算法
  • DOI:
    10.1093/bioinformatics/btw537
  • 发表时间:
    2016-12-15
  • 期刊:
    BIOINFORMATICS
  • 影响因子:
    5.8
  • 作者:
    Xie, Minzhu;Wu, Qiong;Jiang, Tao
  • 通讯作者:
    Jiang, Tao
LGH: A Fast and Accurate Algorithm for Single Individual Haplotyping Based on a Two-Locus Linkage Graph
LGH:一种基于二位点连锁图的快速准确的单个体单体型分析算法
  • DOI:
    10.1109/tcbb.2015.2430352
  • 发表时间:
    2015-11-01
  • 期刊:
    IEEE-ACM TRANSACTIONS ON COMPUTATIONAL BIOLOGY AND BIOINFORMATICS
  • 影响因子:
    4.5
  • 作者:
    Xie, Minzhu;Wang, Jianxin;Chen, Xin
  • 通讯作者:
    Chen, Xin
Sprites: detection of deletions from sequencing data by re-aligning split reads
Sprites:通过重新对齐分割读数来检测测序数据中的删除
  • DOI:
    10.1093/bioinformatics/btw053
  • 发表时间:
    2016
  • 期刊:
    BIOINFORMATICS
  • 影响因子:
    5.8
  • 作者:
    Zhang Zhen;Wang Jianxin;Luo Junwei;Ding Xiaojun;Zhong Jiancheng;Wang Jun;Wu Fang-Xiang;Pan Yi
  • 通讯作者:
    Pan Yi

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    Wang Jianxin;王建新;谢民主;陈建二;Chen Jianer;Xie Minzhu
  • 通讯作者:
    Xie Minzhu

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多倍体单体型从头组装算法研究
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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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