北京基因组研究所最新文章改进分析方法

　　

生物通报道：来自中国科学院北京基因组研究所基因组科学与信息重点实验室的研究人员在原有评估分子序列水平选择压力软件的基础上进行了改进，升级开发了新型软件：KaKs_Calculator 2.0。这一研究成果公布在《Genomics, Proteomics & Bioinformatics》杂志上。

领导这一研究的是基因组研究所于军研究员，其早年毕业于吉林大学，目前任基因组所副所长，并被聘为基因组所、浙江大学沃森基因组科学研究院、中国科学院计算技术研究所和中国农业大学的教授和博士生导师。

在分子进化中，Ka (nonsynonymous substitution rate)和Ks (synonymous substitution rate)作为评估不同进化距离物种的直系同源基因之间或者同一物种内的旁系同源基因之间选择压力的基本进化动力学参数，对于理解DNA序列水平的进化分歧和达尔文自然选择的作用具有重要意义。随着测序技术水平的提高和海量基因组数据的产出，基因组进化分析对计算方法和软件也提出了新的要求。

在这篇文章中，研究人员升级开发了评估分子序列水平选择压力的软件——KaKs_Calculator 2.0。这次升级是在1.0版本的基础上进行的扩展与完善，整体上采取“工具箱”的策略，分别由核心模块和扩展模块整合而成。

核心模块侧重于同源序列的Ka和Ks值的评估。它在原有的7种计数方法、1种极大似然方法和2种基于模型选择和模型平均的方法的基础之上，增加了7种gamma系列新方法。这些方法分别在原有的核酸替代模型的基础上引入了序列不同位点原始突变率的变异参数，并且已被证明在特定情况下会比原有方法具有更加精确的评估值。新版本总共有17种选择压力（非同义替代率和同义替代率）的计算方法，可以广泛应用于不同亲缘关系物种间的进化动力学研究；同时，可以通过比较来评估基于不同模型的各种方法在计算进化生物学中的性能和各种进化参数的引进对解决具体生物学问题带来的不同影响。

扩展模块着力于解决序列正选择位点的检测问题。编码DNA序列的绝大部分位点由于功能约束而趋于保守，选择压力会随位点发生变化，基于整个基因的Ka/Ks计算对于检测受到适应性选择的位点是不够的。我们采用移动窗口的策略，通过计算窗口范围内序列承受的选择压力来检测正选择信号；需要特别指出的是，用户可以设定窗口大小和位移步长，灵活选择适合于特定同源基因集合的预设参数。

该软件由C++，java和R语言撰写，可以同时读入存于单个文件的大规模的数据进行批量处理，并可在Windows和Linux两个平台上运行。下载网址：https://sourceforge.net/projects/kakscalculator2/.

作者简介：

于军

1956年3月出生。1983年毕业于吉林大学生化专业，1984年获CUSBEA奖学金赴纽约大学(New York University)医学院就读，1990年获生物医学科学博士学位。1993年加盟华盛顿大学(University of Washington)分子生物技术系。1997年起回国工作，与杨焕明、汪建、刘斯奇等先后组建中国科学院遗传与发育生物学研究所人类基因组中心、华大基因研究中心、杭州华大基因研究发展中心、国家生物信息系统工程中心、中国科学院北京基因组研究所。目前任基因组所副所长，并被聘为基因组所、浙江大学沃森基因组科学研究院、中国科学院计算技术研究所和中国农业大学的教授和博士生导师。

在博士学位研究期间发现、克隆和定名了一类新的膀胱表皮特异膜蛋白，Uroplakins (膜板块蛋白)，共发表相关论文十余篇。1993年与黄家树博士共同建立“多酶全解物理图谱”制作技术，并将该技术用于“人类基因组计划”的大规模DNA测序实践。1997年起研究基因组学基本理论和生物信息学方法，提出一系列基因组学基本概念，指出人类基因组中的“所谓‘垃圾’DNA实际具有重要生物学意义”。1998年开始基因多态性和单核苷酸多态性(SNP)研究，发现一类基因的低频率(<10%)多态性可能是基因产物的适应性造成。1998年起主持了“腾冲泉生热孢菌基因组计划”，“人类基因组计划北京部分(1%计划)”和“中国杂交水稻基因组计划”等测序工作。因其杰出的贡献，2002年分别被香港求是科技基金会授予“求是杰出科技成就集体奖”及《科学美国人》杂志评选为首届年度全球科研领袖之一，2003年度获中国科学院杰出科技成就奖(集体奖)。