[发明专利]一种RNA结构比对方法

摘要

本发明公开了一种RNA比对方法。该方法包括获得RNA初始比对结果；根据RMscore进行打分；计算比对上的核苷酸的空间距离，直到小于的核苷酸对不再变化为止；获取收敛矩阵，直到获得稳定的RNA三级结构比对结果。本发明的RNA结构比对方法能获得叠加好的结构和序列比对结果。该方法RMalign不依赖于RNA长度，通过引入RMscore，相比于现有技术的方法使得RNA比对更加的精确；本发明将描述RNA之间的相似性统一到(0,1)这个区间中，减少了描述RNA相似性分数的方差。

主权项

1.一种RNA结构比对方法，其特征在于，包括以下步骤：(1)将比对RNA和被比对RNA进行序列比对，得到初始序列比对结果，使用叠加算法计算所述初始序列比对结果，得到平移向量和旋转矩阵R；(2)将步骤(1)得到的平移向量和旋转矩阵R根据作用到被比对RNA原始结构上后，与比对RNA进行叠加形成叠加好的结构A1；所述指的是被比对RNA的空间坐标；(3)将步骤(2)得到的叠加好的结构A1根据公式得到距离矩阵S(i,j)；其中d_ij是比对RNA核苷酸序列的第i个碱基和被比对RNA核苷酸序列的第j个碱基的距离；其中d₀由公式计算得到，L_N指的是比对RNA和被比对RNA片段的平均核苷酸个数，A、B、C、D、E和F是任意正数；(4)将步骤(3)得到的距离矩阵作为打分矩阵，并将比对RNA和被比对RNA进行序列比对，得到第一序列比对结果；(5)将步骤(4)中得到的第一序列比对结果使用RMscore打分过程进行打分，得到最大的RMscore分数以及对应的旋转矩阵R1；所述RMscore打分过程包括以下步骤：(S1)选取步骤(4)中所述第一序列比对结果中比对上的核苷酸对片段，所述片段至少含有3对连续的比对上的核苷酸对，将所述片段的核苷酸对质心均移动到原点，将叠加算法运用到质心移动到原点的片段上，得到旋转矩阵R2；(S2)根据的方式作用到被比对RNA原始结构上后，与比对RNA形成叠加好的结构A2；所述是被比对的RNA空间坐标；(S3)根据步骤(S2)得到叠加好的结构A2，计算出比对上的核苷酸对中距离小于的核苷酸对；(S4)将步骤(S3)得到的距离小于的核苷酸对使用叠加算法进行叠加得到旋转矩阵R₃，根据的方式作用到被比对RNA原始结构上后，与比对RNA形成叠加好的结构A3，计算出比对上的并且距离小于的核苷酸对；所述是被比对的RNA空间坐标；(S5)判断步骤(S4)得到的旋转矩阵R3和步骤(S1)得到的旋转矩阵R2的差别，若差别不超过0.0001，那么进入步骤(S6)；若差别超过0.0001，将R2更新为R3，然后重复步骤(S2)‑步骤(S4)，得到更新后的R3，直到更新的R2和更新后的R3的差别不超过0.0001；(S6)取步骤(S5)中差别不超过0.0001的更新的R₂和更新后的R₃之间的任意值作为收敛旋转矩阵R₄，根据的方式作用到被比对RNA原始结构上后，与比对RNA形成叠加好的结构A4；所述是被比对的RNA空间坐标；(S7)根据公式计算步骤(S6)所述的叠加好的片段结构A4的RMscore分数，其中L_N指的是比对RNA和被比对RNA片段的平均核苷酸个数，L_T指的是比对上的核苷酸对数，d_i是叠加好的结构中比对上的核苷酸之间的距离；所述d₀是由公式计算得到，其中L_N指的是比对RNA和被比对RNA片段的平均核苷酸个数，G、H、I、J、K和L是任意正数；(S8)更换步骤(S1)所述比对上的核苷酸对片段，直至所述片段取遍所有至少含有3对连续的比对上的核苷酸对，重复步骤(S1)‑(S7)，得到不同的RMscore分数，取其中最大的RMscore分数以及对应的旋转矩阵R1；(6)根据的方式作用到被比对RNA原始结构上后，与比对RNA形成叠加的结构A5；所述是被比对的RNA空间坐标；将叠加好的结构A5根据公式得到距离矩阵S(i,j)；其中d_ij是比对RNA核苷酸序列的第i个碱基和被比对RNA核苷酸序列的第j个碱基的距离；其中d₀由公式计算得到，L_N指的是比对RNA和被比对RNA片段的平均核苷酸个数，M、N、P、Q、R和S是任意正数；(7)将步骤(6)得到的距离矩阵作为打分矩阵，并将比对RNA和被比对RNA进行序列比对，得到第二序列比对结果；(8)判断步骤(7)得到的第二序列比对结果和步骤(4)得到的第一序列比对结果是否一致；若一致，那么进入步骤(9)；若不一致，那么将步骤(7)中的第二序列比对结果作为步骤(4)中的第一序列比对结果，然后重复步骤(5)‑步骤(7)，直到步骤(7)得到的第二序列比对结果和步骤(4)得到的第一序列比对结果一致；该结果即为最终序列比对结果；(9)将步骤(8)中的最终序列比对结果使用RMscore打分过程进行打分，得到最大的RMscore分数和相对应的旋转矩阵R₅，根据的方式作用到被比对RNA原始结构上后,与比对RNA形成叠加好的结构A6；所述是被比对的RNA空间坐标；(10)步骤(8)中得到的最终序列比对结果以及步骤(9)中得到的最大的RMscore分数和叠加好的结构A6即为最终的比对结果。