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人工智能在DNA设计中的研究进展
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作者 刘欢 郭发旭 +4 位作者 赵晓燕 黄龙雨 王健 周国民 张建华 《生物技术通报》 北大核心 2026年第1期51-66,共16页
DNA设计是根据特定功能需求定向构建与优化基因组功能元件,已成为合成生物学与精准育种等前沿领域的关键核心技术。传统设计方法受限于对复杂调控网络认知不足及序列搜索空间巨大等瓶颈,难以实现高效、精准的序列创新。近年来,人工智能... DNA设计是根据特定功能需求定向构建与优化基因组功能元件,已成为合成生物学与精准育种等前沿领域的关键核心技术。传统设计方法受限于对复杂调控网络认知不足及序列搜索空间巨大等瓶颈,难以实现高效、精准的序列创新。近年来,人工智能技术,特别是深度生成模型与预测模型的融合应用,正深刻重塑DNA设计的理论基础与技术范式。该范式通过学习海量组学数据中蕴含的“调控语法”,能够在超长基因组序列背景下实现高分辨率的功能预测、多模态信息整合与条件可控的序列生成。本文系统综述了人工智能在DNA设计中的前沿进展,重点阐述了深度生成与预测模型在启动子、增强子等多层级调控元件设计、序列优化及作物育种等领域的关键技术路径与应用实例。通过构建“设计—预测—优化—验证”的智能化闭环,人工智能不仅显著提升了复杂功能元件的设计效率与准确性,更催生了性能超越天然元件的“超天然”序列。展望未来,随着人工智能与合成生物学、实验自动化等领域的深度融合,DNA设计有望实现从智能化设计到高通量实验验证的完整闭环,从而加速生命科学基础研究与现代农业育种等领域的创新突破。 展开更多
关键词 人工智能 DNA设计 生成模型 预测模型
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基于microRNA与生物信息学筛选非梗阻性无精子症的生物标志物
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作者 李志宏 陈淼琪 +10 位作者 袁晓珺 黄华君 黄琬婷 周飘雁 曾晨 冯许诺 杨洛瑶 黄树强 谭翠钰 陈彩蓉 颜秋霞 《遗传》 北大核心 2026年第3期301-312,共12页
microRNA(miRNA)在非梗阻性无精子症(non-obstructive azoospermia,NOA)的发生中发挥着重要作用,但目前仍缺乏对其调控靶基因表达介导NOA发生分子机制的研究。本研究从GEO数据库获取NOA相关的miRNA数据集,通过差异分析、加权基因共表达... microRNA(miRNA)在非梗阻性无精子症(non-obstructive azoospermia,NOA)的发生中发挥着重要作用,但目前仍缺乏对其调控靶基因表达介导NOA发生分子机制的研究。本研究从GEO数据库获取NOA相关的miRNA数据集,通过差异分析、加权基因共表达网络分析(weighted correlation network analysis,WGCNA)和LASSO回归筛选得到4个关键miRNA。基于miRDB数据库预测miRNA的靶点基因,与NOA转录组数据集的差异表达基因(differential expressed genes,DEGs)取交集,获得18个DEGs。精子发生评分模型显示18个DEGs总表达水平与精子发生评分呈显著正相关,证明上述DEGs可能与NOA的发生相关。将18个DEGs纳入机器学习,最终鉴定出4个最具有诊断价值的关键基因MGARP、FER1L5、SNX2和PAPOLB。在NOA小鼠模型中,MGARP与SNX2表达上调,而FER1L5与PAPOLB表达下调,与NOA数据集表达趋势一致。以上结果表明MGARP、FER1L5、SNX2和PAPOLB可作为NOA的新型标志物,为NOA的机制研究与临床诊断提供理论基础和实验依据。 展开更多
关键词 MIRNA 非梗阻性无精子症 精子发生 机器学习 生物信息学
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精神类疾病与慢性肾脏病之间的因果关联:基于双向双样本的孟德尔随机化分析
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作者 李晗菲 吴传芳 鲍锦库 《四川大学学报(自然科学版)》 北大核心 2026年第1期175-188,共14页
为明确精神类疾病与慢性肾脏病之间因果关联的相关性,本研究以P阈值1.0×10^(-5)为阈值筛选工具变量,采用逆方差加权法、MR-Egger、加权中位数法、简单众数法和加权众数法进行双向双样本孟德尔随机化的分析,探讨包括重度抑郁症、焦... 为明确精神类疾病与慢性肾脏病之间因果关联的相关性,本研究以P阈值1.0×10^(-5)为阈值筛选工具变量,采用逆方差加权法、MR-Egger、加权中位数法、简单众数法和加权众数法进行双向双样本孟德尔随机化的分析,探讨包括重度抑郁症、焦虑症、创伤后应激障碍(PTSD)、大麻使用障碍及精神分裂症在内的五种精神类疾病与慢性肾脏病间的因果联系。最终,仅在PTSD与CKD之间发现了显著的因果关联(OR=1.07,95%CI:1.02~1.13,P=0.009),其他方向均未发现显著因果联系,在不同阈值的工具变量筛选下仍得到相同结果,敏感性分析验证了结果的稳健。本研究证明了PTSD是CKD的直接致病因素,而CKD与重度抑郁症、焦虑症、大麻使用障碍及精神分裂症之间没有显著因果关联。该结果为PTSD患者的后续CKD监控提供了科学依据,提示临床亟需整合精神心理评估及后续的肾脏病管理,同时明确了临床干预的精准方向,避免对无因果关联的共病现象进行过度医疗干预。 展开更多
关键词 精神类疾病 慢性肾脏病 双样本孟德尔随机化 创伤后应激障碍
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im6Am-DC:融合DenseNet与注意力机制的RNA序列N6,2'-O-二甲基腺苷修饰预测模型 被引量:1
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作者 魏欣 涂建 +2 位作者 漆俊 胡思亲 贾建华 《生物工程学报》 北大核心 2026年第2期955-970,共16页
N6,2'-O-二甲基腺苷(N6,2'-O-dimethyladenosine,m6Am)作为一种重要的RNA表观遗传修饰,其独特的化学结构和生物学功能成为当前研究的热点之一。m6Am不仅能够调控mRNA的稳定性和半衰期,还会调节其与翻译起始因子及RNA结合蛋白的... N6,2'-O-二甲基腺苷(N6,2'-O-dimethyladenosine,m6Am)作为一种重要的RNA表观遗传修饰,其独特的化学结构和生物学功能成为当前研究的热点之一。m6Am不仅能够调控mRNA的稳定性和半衰期,还会调节其与翻译起始因子及RNA结合蛋白的相互作用,从而在转录后调控过程中发挥关键作用。m6Am还与肥胖、2型糖尿病等代谢性疾病以及多种病毒感染和肿瘤的发生密切相关。对m6Am位点的预测研究对于疾病的早期诊断和精准治疗具有重要意义。尽管m6Am修饰的生物学功能正逐渐受到关注,但相关研究仍受限于检测技术的局限与高昂的成本。计算生物学方法为大规模m6Am位点鉴定提供了新的思路。本研究构建了一种非平衡m6Am位点预测模型——im6Am-DC,该模型采用DenseNet网络提取高级局部特征,并引入注意力机制(coordinate attention,CA)以突出重要的特征信息。此外,为解决数据不平衡问题,模型使用了损失函数。结果显示,在full transcript数据集上,im6Am-DC模型的灵敏度(sensitivity,Sn)、特异性(specificity,Sp)、准确度(accuracy,Acc)和马修斯相关系数(Matthews correlation coefficient,MCC)分别为0.5237、0.9884、0.9461和0.6298;在mature RNA数据集上,同指标表现同样优秀。同时,将im6Am-DC模型分别应用于多个不同的数据集进行预测,包括非平衡m6Am位点数据集、平衡m6Am位点数据集,以及其他类型的RNA修饰位点,从而全面、多维度评估该模型的性能与应用潜力。结果表明,im6Am-DC模型在非平衡m6Am位点预测中具有显著优势,模型的建立为m6Am修饰功能研究及相关疾病机制探索提供了有效的技术支持。 展开更多
关键词 RNA表观遗传修饰 N6 2'-O-二甲基腺苷 DenseNet 注意力机制 损失函数
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纳米孔测序数据比对分析方法与参考数据库研究进展 被引量:1
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作者 李文正 张宁 +3 位作者 李卓越 崔莉煊 王欣博 杜耀华 《生物工程学报》 北大核心 2026年第1期77-92,共16页
纳米孔测序作为测序技术的新兴热点,凭借其读长较长、检测快速和设备紧凑小巧等独特优势,在物种鉴定、基因组组装、变异检测、转录组分析等领域展现出巨大潜力。然而,纳米孔测序数据错误率较高,存在序列插入和缺失等问题,对传统序列比... 纳米孔测序作为测序技术的新兴热点,凭借其读长较长、检测快速和设备紧凑小巧等独特优势,在物种鉴定、基因组组装、变异检测、转录组分析等领域展现出巨大潜力。然而,纳米孔测序数据错误率较高,存在序列插入和缺失等问题,对传统序列比对工具运用和参考数据库构建提出了新的挑战。本文围绕纳米孔数据特征,系统梳理了适配纳米孔测序的序列比对工具,针对长读长测序、实时测序、错误率兼容、宏基因组和结构变异检测这5种不同应用场景,阐述了其在处理序列数据时的优势及局限性;同时,还从数据源的角度对序列参考基因组数据库进行多维度分类整理,并总结了纳米孔高质量数据库构建的关键技术。本文通过对比对工具与数据库进行协同分析,为纳米孔测序数据分析的优化与创新提供参考,推动宏基因组测序从数据生成向功能解析的深度转化。 展开更多
关键词 基因测序 纳米孔测序 数据分析 序列比对 参考数据库
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FPCAM:基于加权字典的肺纤维化单细胞注释模型构建与网页工具开发 被引量:1
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作者 石岩 吴泊含 +3 位作者 黄宏旭 赵宏宇 蔡禄 刘国君 《生物工程学报》 北大核心 2026年第2期971-987,共17页
单细胞RNA测序(single-cell RNA sequencing,scRNA-seq)技术的突破性发展为解析细胞异质性提供了前所未有的分辨率,然而,细胞类型注释的效率与准确性仍面临诸多挑战。现有自动化注释工具受限于参考数据集的依赖性、标记基因的多态性以... 单细胞RNA测序(single-cell RNA sequencing,scRNA-seq)技术的突破性发展为解析细胞异质性提供了前所未有的分辨率,然而,细胞类型注释的效率与准确性仍面临诸多挑战。现有自动化注释工具受限于参考数据集的依赖性、标记基因的多态性以及人工干预所带来的主观偏差,难以满足复杂细胞亚群和跨平台数据的精准注释需求。为此,本研究开发了FPCAM——一款基于R Shiny平台的全自动细胞注释工具。该模型依托Seurat框架,通过FindAllMarkers筛选特征基因,并结合相似性矩阵计算、手动整理的肺纤维化相关细胞-基因关联字典以及优化的评价指标算法,实现高效单细胞注释。为了评估模型的性能,将FPCAM的注释结果与当前最先进的模型(SCSA、SingleR、SciBet)进行对比分析。结果表明,FPCAM在测试数据集中达到了85.7%的准确率,优于SCSA的82.1%和SciBet的78.6%。Cohen's Kappa系数同样展现出了更高的一致性,达到0.81,优于SCSA(0.76)和SciBet(0.73),此外,SingleR和SciBet的极差分别为0.357和0.322,显示出其对细胞注释文件的高度依赖性,而FPCAM则在准确性和稳定性上均具有显著优势。综合而言,FPCAM通过集成多源标记基因数据库与动态更新策略,并结合创新性的加权注释算法,实现了高效、灵活且精准的细胞类型鉴定,为肺纤维化及其他疾病的单细胞转录组研究提供了有力工具。 展开更多
关键词 细胞注释 单细胞RNA测序 FPCAM 细胞-基因关联字典 Seurat特征基因筛选
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单细胞组学揭示缺血性脑卒中微环境的免疫异质性
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作者 周若水 金花 +1 位作者 塔娜 张东威 《内蒙古民族大学学报(自然科学版)》 2026年第1期19-28,共10页
缺血性脑卒中(IS)是导致死亡和残疾的主要原因之一。近年研究表明,卒中后的病理过程不仅局限于血流障碍,还包括复杂的免疫细胞功能,如对炎症反应的调节以及脑组织修复与重塑。脑内的固有免疫细胞和外周免疫细胞在卒中不同阶段发挥着多... 缺血性脑卒中(IS)是导致死亡和残疾的主要原因之一。近年研究表明,卒中后的病理过程不仅局限于血流障碍,还包括复杂的免疫细胞功能,如对炎症反应的调节以及脑组织修复与重塑。脑内的固有免疫细胞和外周免疫细胞在卒中不同阶段发挥着多重作用。传统的研究方法如流式细胞术和转录组测序等虽然揭示了免疫反应的基础信息,但无法深入解析细胞的异质性和空间分布。单细胞组学技术的出现,为卒中后免疫细胞亚群、谱系分化轨迹以及细胞间相互作用网络的研究提供了新视角,极大推动了卒中免疫机制的深入理解。现梳理单细胞组学技术在缺血性脑卒中免疫微环境研究中的应用进展,重点阐述其在免疫细胞识别与异质性解析、免疫微环境动态变化追踪、细胞间相互作用(包括跨谱系细胞互作)及相关靶点挖掘等方面的研究成果,探讨当前研究面临的挑战与未来发展方向,为缺血性脑卒中的基础研究与临床转化提供新的参考。 展开更多
关键词 缺血性脑卒中 单细胞组学 免疫微环境
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综合性多组学硅肺病数据平台SilicosisOmics的构建
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作者 王季馨 黄鑫磊 +4 位作者 齐先梅 张田甜 庞军玲 龙尔平 王婧 《基础医学与临床》 2026年第2期155-163,共9页
目的解决硅肺研究领域多组学数据分散、整合分析不足的瓶颈,构建一个综合性数据平台,以支持纤维化肺组织中的多层次分子变化的系统解析与治疗靶点的快速挖掘。方法系统整合人类和小鼠硅肺及对照肺组织的转录组、单细胞转录组、定量蛋白... 目的解决硅肺研究领域多组学数据分散、整合分析不足的瓶颈,构建一个综合性数据平台,以支持纤维化肺组织中的多层次分子变化的系统解析与治疗靶点的快速挖掘。方法系统整合人类和小鼠硅肺及对照肺组织的转录组、单细胞转录组、定量蛋白质组、修饰特异性蛋白质组和代谢组学数据,集成DESeq2、Seurat、CellChat等生物信息学工具,开发基于Web的可视化分析平台,实现数据可视化和交互分析功能。结果构建了一个综合性的硅肺病多组学数据平台SilicosisOmics(https://respir.pumc.edu.cn/SilicosisOmics/#/)。该数据平台整合了来自硅肺病肺组织以及非病变肺组织的五种类型组学数据,涵盖人类和小鼠两个物种。SilicosisOmics不仅提供在线搜索以静态展示基因表达或单细胞聚类等信息,还提供交互式分析工具,支持用户执行差异基因表达、通路富集和细胞间相互作用等个性化分析。结论SilicosisOmics平台为硅肺病及肺纤维化研究提供了系统的多组学数据资源与分析工具,有助于推动疾病机制研究、靶点发现及后续转化研究的发展。 展开更多
关键词 硅肺病 肺纤维化 多组学 数据平台 数据共享
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编委推荐
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作者 谭程月 邵宁一 +9 位作者 洪磊 王克剑 刘宇 韦涵文 李汉增 刘帅 何顺民 崔庆华 邢千龙 张铧坤 《遗传》 北大核心 2026年第2期117-118,共2页
Briefings in Bioinformatics|单卵双生子全基因组变异检测流程系统评估全基因组测序(whole-genome sequencing,WGS)是实现精准个体识别和遗传诊断的关键技术。然而,不同算法在检测小变异(如SNVs/INDELs)方面的灵敏度、特异性和计算资... Briefings in Bioinformatics|单卵双生子全基因组变异检测流程系统评估全基因组测序(whole-genome sequencing,WGS)是实现精准个体识别和遗传诊断的关键技术。然而,不同算法在检测小变异(如SNVs/INDELs)方面的灵敏度、特异性和计算资源需求存在显著差异,传统基准测试往往基于模拟数据或非极端样本,无法充分模拟真实世界中的挑战,如司法场景中区分高度相似的个体,或医学中追踪罕见突变。 展开更多
关键词 单卵双生子 变异检测 全基因组测序
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RiboParser/RiboShiny:an integrated platform for comprehensive analysis and visualization of Ribo-seq data
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作者 Shuchao Ren Yinan Li Zhipeng Zhou 《Journal of Genetics and Genomics》 2026年第1期43-57,共15页
Translation is a crucial step in gene expression.Over the past decade,the development and application of ribosome profiling(Ribo-seq)have significantly advanced our understanding of translational regulation in vivo.Ho... Translation is a crucial step in gene expression.Over the past decade,the development and application of ribosome profiling(Ribo-seq)have significantly advanced our understanding of translational regulation in vivo.However,the analysis and visualization of Ribo-seq data remain challenging.Despite the availability of various analytical pipelines,improvements in comprehensiveness,accuracy,and user-friendliness are still necessary.In this study,we develop RiboParser/RiboShiny,a robust framework for analyzing and visualizing Ribo-seq data.Building on published methods,we optimize ribosome structure-based and start/stopbased models to improve the accuracy and stability of P-site detection,even in species with a high proportion of leaderless transcripts.Leveraging these improvements,RiboParser offers comprehensive analyses,including quality control,gene-level analysis,codon-level analysis,and the analysis of Ribo-seq variants.Meanwhile,RiboShiny provides a user-friendly and adaptable platform for data visualization,facilitating deeper insights into the translational landscape.Furthermore,the integration of standardized genome annotation renders our platform universally applicable to various organisms with sequenced genomes.This framework has the potential to significantly improve the precision and efficiency of Ribo-seq data interpretation,thereby deepening our understanding of translational regulation. 展开更多
关键词 TRANSLATION Ribosome profiling Ribo-seq Selective Ribo-seq P-site detection Differentially translated genes Translation elongation speed Data visualization
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Unveiling cell-type-specific mode of evolution in comparative single-cell expression data
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作者 Tian Qin Hongju Zhang Zhengting Zou 《Journal of Genetics and Genomics》 2026年第1期28-42,共15页
While methodology for determining the mode of evolution in coding sequences has been well established,evaluation of adaptation events in emerging types of phenotype data needs further development.Here,we propose an an... While methodology for determining the mode of evolution in coding sequences has been well established,evaluation of adaptation events in emerging types of phenotype data needs further development.Here,we propose an analysis framework(expression variance decomposition,EVaDe)for comparative single-cell expression data based on phenotypic evolution theory.After decomposing the gene expression variance into separate components,we use two strategies to identify genes exhibiting large between-taxon expression divergence and small within-cell-type expression noise in certain cell types,attributing this pattern to putative adaptive evolution.In a dataset of primate prefrontal cortex,we find that such humanspecific key genes enrich with neurodevelopment-related functions,while most other genes exhibit neutral evolution patterns.Specific neuron types are found to harbor more of these key genes than other cell types,thus likely to have experienced more extensive adaptation.Reassuringly,at the molecular sequence level,the key genes are significantly associated with the rapidly evolving conserved non-coding elements.An additional case analysis comparing the naked mole-rat(NMR)with the mouse suggests that innateimmunity-related genes and cell types have undergone putative expression adaptation in NMR.Overall,the EVaDe framework may effectively probe adaptive evolution mode in single-cell expression data. 展开更多
关键词 Single-cell transcriptomics Gene expression Adaptive evolution Cell type Phenotypic evolution Prefrontal cortex Naked mole-rat
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从“表型-证候-中药”关联网络探索哮喘气道重塑不同证候表型下的药物表型组学特征及机制 被引量:5
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作者 王婷 饶玲 +7 位作者 梁锦荣 张妙芬 黄慧婷 罗之彦 江勇 詹少锋 刘琼 黄秀芳 《中草药》 北大核心 2025年第4期1292-1309,共18页
目的从“表型-证候-中药”关联网络,探索哮喘气道重塑不同证候表型下的药物表型组学特征及机制。方法收集中医药干预哮喘气道重塑的临床研究文献(检索范围为建库至2024年3月24日),提取中医药信息要素及气道重塑相关指标,进行证候表型分... 目的从“表型-证候-中药”关联网络,探索哮喘气道重塑不同证候表型下的药物表型组学特征及机制。方法收集中医药干预哮喘气道重塑的临床研究文献(检索范围为建库至2024年3月24日),提取中医药信息要素及气道重塑相关指标,进行证候表型分类,运用RStudio执行描述性统计,并通过Apriori算法、点式互信息法对各证候表型链接的中药及中药链接的哮喘气道重塑指标进行关联规则探索及hclust函数挖掘核心中药组方。利用HERB、GeneCards数据库联合鉴定核心中药组方治疗哮喘气道重塑的靶标谱。马尔可夫聚类算法(Markov cluster algorithm,MCL)挖掘关键功能基因簇,筛选关键靶点,并借助人气道上皮、鼻拭子、痰液样本数据表征关键靶点对哮喘气道重塑的贡献价值,最后采用过表征分析各关键功能基因簇的通路及生物功能。结果纳入76篇文献,哮喘分为冷哮、风哮、热哮、虚哮、瘀哮5个证候表型,筛选得到139味中药,涉及转化生长因子-β1(transforming growth factor-β1,TGF-β1)、肿瘤坏死因子-α(tumor necrosis factor-α,TNF-α)、基质金属蛋白酶-9(matrix metalloproteinases-9,MMP-9)等重塑指标。中药表型特征方面,冷哮以散寒解表化痰药为主(组方为射干、干姜、细辛、桂枝),风哮以祛风涤痰解痉药为主(组方为莱菔子、紫苏子、僵蚕、橘红、防风、地龙、荆芥、半夏、麻黄、陈皮、茯苓、五味子),热哮以清肺泄热化痰药为主(组方为桑白皮、蝉蜕、厚朴、苦杏仁、款冬花、黄芩、浙贝母、白果、白前),虚哮以益气养阴固本功效为主(组方为补骨脂、甘草、麦冬、山药、党参、黄芪、白术),瘀哮以活血祛瘀化痰药为主(组方为当归、熟地黄、牡丹皮、丹参、大枣、桃仁、红参、川芎、白芍、北沙参)。中药与重塑指标关联方面,甘草、苦杏仁、麻黄、半夏、陈皮与TGF-β1、MMP-9、气道壁面积(wall area,WA)连接密切。不同证候表型中药关键靶点分别为冷哮-C-C基序趋化因子受体2(C-C motif chemokine receptor 2,CCR2)、风哮-白细胞介素17A(interleukin 17A,IL17A)、热哮-连环蛋白β1(catenin beta 1,CTNNB1)、虚哮集落刺激因子2(colony stimulating factor 2,CSF2)及瘀哮-骨形态发生蛋白2(bone morphogenetic protein 2,BMP2),气道上皮中CTNNB1、鼻拭子中CCR2、痰液中CCR2对哮喘气道重塑贡献最大。过表征分析提示,冷哮组方主要发挥抑制内质网应激和维持细胞稳态药理作用,风哮组方主要发挥调节钙通道和缓解平滑肌痉挛药理作用,热哮组方主要发挥调节免疫和抗炎药理作用,虚哮组方主要发挥抑制增殖侵袭和调节免疫应答药理作用,瘀哮组方主要发挥缓解气道纤维化药理作用。结论通过中医药表型组学系统分析,哮喘气道重塑不同证候表型的中药药物表型各有特征,发挥的药理机制主要涉及抑制内质网应激、抗炎、调节免疫、抗增殖和抗纤维化等方面。 展开更多
关键词 哮喘 气道重塑 中医药表型组学 证候表型组学 中药药物表型组学 转化生长因子-β1 肿瘤坏死因子-α 基质金属蛋白酶-9 甘草 苦杏仁 麻黄 半夏 陈皮
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全细胞汞离子生物传感器的表达载体优化及其可视化检测应用研究
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作者 王丹 李群芳 严一语 《南宁师范大学学报(自然科学版)》 2026年第1期177-188,共12页
全细胞生物传感器因其高特异性、生物相容性、可再生性以及模拟真实细胞环境的能力,在生物可利用汞检测领域具有独特优势。利用转录因子MerR作为信号传感模块,超折叠绿色荧光蛋白(sfGFP)作为信号输出模块,构建一种通过测定荧光强度来实... 全细胞生物传感器因其高特异性、生物相容性、可再生性以及模拟真实细胞环境的能力,在生物可利用汞检测领域具有独特优势。利用转录因子MerR作为信号传感模块,超折叠绿色荧光蛋白(sfGFP)作为信号输出模块,构建一种通过测定荧光强度来实现Hg^(2+)定量检测的全细胞生物传感器。通过Hill曲线方程对该传感器产生的荧光数据进行拟合,对比不同表达载体对传感器性能指标的影响;同时结合成像及ImageJ软件分析技术,实现对不同来源水样中生物可利用汞的快速可视化定量检测。研究结果表明,以高拷贝pSB1A2质粒作为载体的传感器,其灵敏度、背景泄露、检出限及动态响应范围等关键性能指标均显著优于低拷贝pAK1900质粒载体。该传感器可定量检测0~100 nmol/L范围内的Hg^(2+),自来水和河水中目标分析物的加标回收率分别为91.64%~110.14%和94.50%~128.97%。研究成果为全细胞生物传感器优化提供参考,并展示了其在生物可利用汞可视化检测中的应用潜力。 展开更多
关键词 全细胞生物传感器 Hg^(2+)检测 表达载体 快速视觉检测 环境水样检测
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Using mixed kernel support vector machine to improve the predictive accuracy of genome selection
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作者 Jinbu Wang Wencheng Zong +6 位作者 Liangyu Shi Mianyan Li Jia Li Deming Ren Fuping Zhao Lixian Wang Ligang Wang 《Journal of Integrative Agriculture》 2026年第2期775-787,共13页
The advantages of genome selection(GS) in animal and plant breeding are self-evident.Traditional parametric models have disadvantage in better fit the increasingly large sequencing data and capture complex effects acc... The advantages of genome selection(GS) in animal and plant breeding are self-evident.Traditional parametric models have disadvantage in better fit the increasingly large sequencing data and capture complex effects accurately.Machine learning models have demonstrated remarkable potential in addressing these challenges.In this study,we introduced the concept of mixed kernel functions to explore the performance of support vector machine regression(SVR) in GS.Six single kernel functions(SVR_L,SVR_C,SVR_G,SVR_P,SVR_S,SVR_L) and four mixed kernel functions(SVR_GS,SVR_GP,SVR_LS,SVR_LP) were used to predict genome breeding values.The prediction accuracy,mean squared error(MSE) and mean absolute error(MAE) were used as evaluation indicators to compare with two traditional parametric models(GBLUP,BayesB) and two popular machine learning models(RF,KcRR).The results indicate that in most cases,the performance of the mixed kernel function model significantly outperforms that of GBLUP,BayesB and single kernel function.For instance,for T1 in the pig dataset,the predictive accuracy of SVR_GS is improved by 10% compared to GBLUP,and by approximately 4.4 and 18.6% compared to SVR_G and SVR_S respectively.For E1 in the wheat dataset,SVR_GS achieves 13.3% higher prediction accuracy than GBLUP.Among single kernel functions,the Laplacian and Gaussian kernel functions yield similar results,with the Gaussian kernel function performing better.The mixed kernel function notably reduces the MSE and MAE when compared to all single kernel functions.Furthermore,regarding runtime,SVR_GS and SVR_GP mixed kernel functions run approximately three times faster than GBLUP in the pig dataset,with only a slight increase in runtime compared to the single kernel function model.In summary,the mixed kernel function model of SVR demonstrates speed and accuracy competitiveness,and the model such as SVR_GS has important application potential for GS. 展开更多
关键词 genome selection machine learning support vector machine kernel function mixed kernel function
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基于基因组图谱数据库分析GPR183基因在脑胶质瘤中的表达和预后
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作者 夏志勇 张志兰 +3 位作者 崔洪飞 严珂庆 赵泽林 张志斐 《中国医药生物技术》 2026年第3期190-195,共6页
目的分析GPR183基因在脑胶质瘤中的表达水平和预后结果。方法中国脑胶质瘤基因组图谱数据库(CGGA)和癌症基因组图谱(TCGA)中获取脑胶质瘤的基因表达数据集和临床信息数据集,分析GPR183表达状态。Kaplan-Meier法和Cox法分析GPR183表达对... 目的分析GPR183基因在脑胶质瘤中的表达水平和预后结果。方法中国脑胶质瘤基因组图谱数据库(CGGA)和癌症基因组图谱(TCGA)中获取脑胶质瘤的基因表达数据集和临床信息数据集,分析GPR183表达状态。Kaplan-Meier法和Cox法分析GPR183表达对脑胶质瘤的预后价值。基因本体论(GO)和京都基因与基因组百科全书(KEGG)预测GPR183富集通路;Pearson评估基因集富集结果。结果GPR183在脑胶质瘤WHO高级别、IDH野生型、无1p/19q共缺失、MGMT未甲基化的组别中富集(均P<0.005);高表达是患者总生存期的独立预后因素(P<0.05)。GPR183高表达时,与细胞因子和细胞因子受体相互作用、结核病、补体和凝血级联反应成正相关关系。结论GPR183高表达的脑胶质瘤患者预后较差,影响脑胶质瘤的发生、发展。 展开更多
关键词 脑胶质瘤 生物信息学 GPR183 预后价值
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失巢凋亡调控重症哮喘患者不同炎症表型的气道重塑机制及其潜在靶向中药化合物的预测 被引量:2
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作者 王婷 叶贝 +7 位作者 蔡贝贝 饶玲 张妙芬 黄慧婷 詹少锋 江勇 黄秀芳 刘琼 《中草药》 北大核心 2025年第1期203-215,共13页
目的探讨失巢凋亡相关基因在重症哮喘嗜酸性粒细胞表型和中性粒细胞表型中气道重塑的潜在调控机制及生物标志物,并筛选靶向干预的中药化合物。方法首先利用支气管活检样本的测序数据,通过加权基因共表达网络分析(weighted correlation n... 目的探讨失巢凋亡相关基因在重症哮喘嗜酸性粒细胞表型和中性粒细胞表型中气道重塑的潜在调控机制及生物标志物,并筛选靶向干预的中药化合物。方法首先利用支气管活检样本的测序数据,通过加权基因共表达网络分析(weighted correlation network analysis,WGCNA)鉴定出重症哮喘嗜酸性粒细胞表型(eosinophilic asthma,EA)和中性粒细胞表型(neutrophilic asthma,NA)高度相关的基因模块。进一步筛选出与失巢凋亡相关的基因,并与WGCNA结果映射以识别关键的调控基因。使用蛋白质分析通过进化关系(protein analysis through evolutionary relationships,PANTHER)进行通路富集,揭示了这些基因可能参与的信号通路及病理表型。再利用受试者工作特征(receiver operator characteristic,ROC)分析,鉴定出具有区分不同炎症表型和病理表型的潜在生物标志物。此外,利用人类蛋白质图谱数据库(human protein atlas,HPA)数据库的单细胞测序数据,对标志物在组织和肺细胞中的表达模式进行注释。同时回归临床,借助TcmBank和ETCM数据库,预测潜在调控这些标志物的中药化合物,评估其药动学和毒理学特性,通过分子对接验证标志物与化合物的结合亲和力。最后构建预测模型探索年龄、性别、吸烟与否在重症哮喘患者不同炎症表型发病与否的价值。结果WGCNA提示包含54个基因的黑色模块与重症EA高度相关,包含212个基因的蓝色模块与重症NA高度相关。其中,黑色模块识别出5个失巢凋亡基因,蓝色模块识别出16个失巢凋亡基因,这些基因均富集在与气道重塑显著相关的整合素信号通路。其中蛋白磷酸酶2调节亚基Bα亚型(protein phosphatase 2 regulatory subunit balpha,PPP2R2A)在重症EA,整合素亚基β5(integrin subunit beta 5,ITGB5)、细胞周期蛋白D1(cyclin D1,CCND1)、醛脱氢酶家族1成员A1(aldehyde dehydrogenase 1 family member A1,ALDH1A1)在重症NA的气道重塑中具有较高的ROC诊断价值,是潜在生物标志物。这些失巢凋亡基因在肺部高表达,且在肺部1型肺泡上皮细胞、II型肺泡上皮细胞、平滑肌细胞和成纤维细胞等在气道重塑中发挥重要作用的细胞中高表达。而水飞蓟素、花生四烯酸、熊果酸与这些促进重塑的失巢凋亡基因结合亲和力良好,具有潜在调控作用。此外,研究发现年龄、吸烟、性别均对重症EA、重症NA发病有所影响,且年龄-吸烟-性别联合预测的影响大于任意单一因素的影响,是哮喘异质性的重要因素。结论水飞蓟素、花生四烯酸、熊果酸可能通过靶向失巢凋亡基因PPP2R2A、ITGB5、CCND1调控重症EA、重症NA的气道重塑,为未来重症哮喘个体化治疗提供了新的策略。 展开更多
关键词 重症哮喘 嗜酸性粒细胞型哮喘 中性粒细胞型哮喘 失巢凋亡 气道重塑 水飞蓟素 花生四烯酸 熊果酸
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ZFHX4突变与肿瘤免疫治疗疗效相关性的生物信息学研究 被引量:1
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作者 李德周 舒鹏 +1 位作者 张永虎 李红山 《浙江医学》 2025年第2期139-145,I0004,共8页
目的探究锌指同源框蛋白4(ZFHX4)突变与肿瘤免疫检查点抑制剂(ICIs)治疗反应及肿瘤免疫微环境的关系。方法登陆cBioPortal数据库获取8组公开的ICIs治疗患者全外显子组测序队列,包含膀胱癌、头颈癌、黑色素瘤、非小细胞肺癌4种癌症共769... 目的探究锌指同源框蛋白4(ZFHX4)突变与肿瘤免疫检查点抑制剂(ICIs)治疗反应及肿瘤免疫微环境的关系。方法登陆cBioPortal数据库获取8组公开的ICIs治疗患者全外显子组测序队列,包含膀胱癌、头颈癌、黑色素瘤、非小细胞肺癌4种癌症共769例患者,评估ZFHX4突变与免疫治疗疗效及预后的关系。从Pan-Cancer图谱联盟获取癌症基因组图谱33种癌症的泛癌队列,分析ZFHX4突变与免疫微环境的关系。选择3组ICIs治疗患者(肝癌41例,膀胱癌348例,黑色素瘤110例)转录组测序队列,探究ZFHX4基因表达与ICIs治疗反应及预后的关系。结果769例ICIs治疗患者中,190例(32.8%)患者存在ZFHX4突变。与ZFHX4野生型患者相比,ZFHX4突变型患者无进展生存率(P=0.014)、总生存率(P=0.002)、客观反应率(P=0.030)和持久临床收益(P=0.007)均较高。肿瘤微环境综合分析发现,ZFHX4突变型患者免疫原性增强(P<0.001),抗肿瘤免疫细胞浸润增加(P<0.001),肿瘤突变负荷水平较高(P<0.001)。结论ZFHX4突变预示着较好的ICIs治疗疗效,可作为ICIs治疗疗效潜在的预测因子。 展开更多
关键词 免疫检查点抑制剂 锌指同源框蛋白4 基因突变 生物标志物
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机器学习联合生物信息学筛选与自噬相关的肺纤维化关键基因及实验验证
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作者 巩月红 王梦君 +6 位作者 任航 郑辉 孙佳佳 刘军鹏 张飞 杨建华 胡君萍 《中国组织工程研究》 北大核心 2025年第35期7679-7689,共11页
背景:肺纤维化的早期诊断是及时开展抗纤维化药物治疗的基础,因此,探索并发现能够有效应用于肺纤维化早期诊断的理想生物标志物对疾病治疗至关重要。目的:通过生物信息学和机器学习技术对肺纤维化过程中涉及的与自噬相关关键基因进行深... 背景:肺纤维化的早期诊断是及时开展抗纤维化药物治疗的基础,因此,探索并发现能够有效应用于肺纤维化早期诊断的理想生物标志物对疾病治疗至关重要。目的:通过生物信息学和机器学习技术对肺纤维化过程中涉及的与自噬相关关键基因进行深入分析,探究与自噬相关的肺纤维化核心基因是否可以作为评估肺纤维化进展中可靠的生物标志物。方法:基于GEO数据库(是由美国国家生物技术信息中心开发和维护的一个公共数据库,用于存储和共享生物信息学数据)下载肺纤维化GSE24206和GSE110147两个数据集,利用R软件中的“limma”包将两组基因表达矩阵归一化处理。从GeneCards数据库(由美国国家生物技术信息中心创建,该知识库自动整合了约200个Web来源的以基因为中心的数据,包括基因组、转录组、蛋白质组、遗传、临床和功能信息)提取自噬相关基因集;对肺纤维化数据集进行差异基因分析,将差异基因与自噬基因集交叉对比提取共同基因,识别肺纤维化过程中可能发挥作用的自噬基因。交集基因通过GO、KEGG进行功能富集和细胞免疫浸润分析。通过蛋白质-蛋白质相互作用和机器学习筛选与自噬相关的肺纤维化核心基因,并对核心基因进行集富集分析。将筛选出的核心基因构建诊断模型,用校准曲线来评估线形图模型的预测能力,采用外部数据集GSE21369进行受试者工作特征曲线分析,验证与自噬相关的肺纤维化基因的表达特征,通过Coremine数据库预测与基因IL6、COL1A2相关的中药。培养人胚肺成纤维细胞,通过转化生长因子β1处理造模,利用qRT-PCR技术验证IL6、COL1A2在模型细胞中的相对表达。结果与结论:①获得肺纤维化差异基因51个、与自噬基因交集基因25个,GO分析显示25个交集基因与细胞外基质组织、胶原代谢过程、胶原原纤维组织、生长因子结合等过程有关,KEGG分析显示25个交集基因主要与磷脂酰肌醇3-激酶-蛋白激酶B信号通路、细胞外基质-受体相互作用等信号通路有关;②免疫浸润分析发现,肺纤维化组活化记忆性CD4+T细胞、M0巨噬细胞、静息树突状细胞表达显著升高(P<0.05),呈强相关性;③共筛选出2个参与肺纤维化进展的自噬特征基因:COL1A2、IL6,列线图模型显示两核心基因预测肺纤维化的发病较为准确,受试者工作特征曲线分析显示2个特征基因均具有诊断意义;COL1A2、IL6与细胞周期通路、丝裂原活化蛋白激酶信号通路、Janus激酶-信号转导与转录激活子信号通路以及细胞因子与细胞因子受体相互作用相关;预测到与COL1A2、IL6相关的中药共20味,功效以清热解毒、活血行气为主;细胞实验验证了COL1A2、IL6在肺纤维化中高表达。结果表明:COL1A2、IL6可能是肺纤维化潜在的诊断生物标志物,但是它们与肺纤维化相关的特异性尚需进一步研究。 展开更多
关键词 肺纤维化 自噬 机器学习 生物信息学 免疫浸润 最小绝对收缩与选择算子 基因富集分析 工程化组织构建
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原代及转化的人血管内皮细胞模型的建立
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作者 冯海凉 孔令华 +3 位作者 代伽茵 杨振丽 卞晓翠 刘玉琴 《基础医学与临床》 2025年第12期1600-1607,共8页
目的建立原代及猿猴病毒40(SV40)T抗原转化的人血管内皮细胞模型,为内皮研究提供可利用资源。方法分别分离培养人脐静脉内皮细胞、人脐动脉内皮细胞、大隐静脉内皮细胞、子宫内膜及肝癌旁组织中内皮细胞,利用含有SV40大T、小t抗原的慢... 目的建立原代及猿猴病毒40(SV40)T抗原转化的人血管内皮细胞模型,为内皮研究提供可利用资源。方法分别分离培养人脐静脉内皮细胞、人脐动脉内皮细胞、大隐静脉内皮细胞、子宫内膜及肝癌旁组织中内皮细胞,利用含有SV40大T、小t抗原的慢病毒进行转化,体外连续传代培养,通过RNA测序分析转化前后内皮细胞转录组差异。对转化后的内皮细胞,流式细胞术检测CD31的表达,PCR法进行种属鉴定及支原体检测,短重复序列谱(STR)检测鉴定细胞身份。转化后脐血管内皮进行人类白细胞抗原(HLA)检测,并且通过慢病毒感染及集落筛选的方式建立Cas9稳定表达的脐静脉内皮细胞。结果建立了187株转化人脐静脉内皮细胞、1株转化脐动脉内皮细胞、5株转化大隐静脉内皮细胞、1株子宫内膜来源转化内皮细胞及1株肝组织来源转化内皮细胞、9株稳定表达Cas9蛋白的单集落脐静脉内皮细胞株。188株脐带来源转化血管内皮细胞中CD31阳性率≥90%为168株,另20株阳性率在20%~90%。5株转化大隐静脉细胞CD31阳性细胞比例分别为93%、76%、93%、50%和96%。RNA测序证明转化后内皮细胞增殖能力(包括周期调控、DNA复制合成等)通路改变且在体外培养过程具有稳定性。转化后内皮细胞种属鉴定为人源性,STR结果与原代一致且具有唯一性,无支原体的污染,国家生物医学实验细胞资源库已收藏并可提供共享服务。结论建立了一系列原代及SV40 T抗原转化的人血管内皮细胞模型,为心血管疾病、炎性反应、肿瘤及免疫相关疾病研究提供基础。 展开更多
关键词 血管内皮细胞 人脐静脉内皮细胞 SV40 大T抗原 CD31 Cas9
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hcmv-miR-UL112-3p对TLR4基因调控的生物信息学分析
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作者 张双红 胡清华 +3 位作者 康春枝 何小小 段亚群 罗丽娟 《中国实验诊断学》 2025年第3期329-335,共7页
目的通过生物信息学方法对hcmv-miR-UL112-3p进行靶基因预测及靶基因生物学功能分析,构建靶基因集合编码蛋白质间相互关系网络。方法通过miRbase在线数据库检索hcmv-miR-UL112-3p序列,miRanda数据库预测hcmv-miR-UL112-3p靶基因,利用Enr... 目的通过生物信息学方法对hcmv-miR-UL112-3p进行靶基因预测及靶基因生物学功能分析,构建靶基因集合编码蛋白质间相互关系网络。方法通过miRbase在线数据库检索hcmv-miR-UL112-3p序列,miRanda数据库预测hcmv-miR-UL112-3p靶基因,利用Enrichr数据库对预测靶基因进行GO分析及KEGG富集分析。运用STRING12.0和Cytoscape制作蛋白质-蛋白质相互作用网络。结果hcmv-miR-UL112-3p成熟序列为AAGUGACGGUGAGAUCCAGGCU。hcmv-miR-UL112-3p与靶基因TLR4 mRNA有两个结合位点(5234-5255nt和3551-3572nt)。GO分析和KEGG分析显示,靶基因主要参与了调控RNA聚合酶Ⅱ启动子转录、基因表达、细胞增殖及信号转导等生物学过程;PPI网络分析筛选出hcmv-miR-UL112-3p调控10个核心基因为RPS3、CD74、H3C12、MRPL36、RPS24、CALM2、RPL8、MRPL46、RPL31及SNRPD1。结论hcmv-miR-UL112-3p与靶基因TLR4 mRNA存在结合位点,参与了细胞的生物学过程,可能为研究HCMV感染致病机制提供新的思路。 展开更多
关键词 hcmv-miR-UL112-3p 生物信息学 靶基因预测 MIRNA
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