15、非编码RNA二级结构的进化保守性与正选择检测

非编码RNA二级结构的进化保守性与正选择检测

1. 引言

非编码RNA（ncRNA）结构的保守性是进化中的一个基础话题。一组保守的ncRNA是对一组物种进行负选择的结果，而正选择或适应性选择会使一个分支（或物种）获得特定于该物种的功能。检测正选择有助于我们理解物种形成，但这在生物信息学中是一个难题。

2. 结构预测

• 原理 ：ncRNA的结构对其功能至关重要。它在细胞中自然折叠成三维结构，难以精确预测，但可以从一级序列准确预测其近似的二维二级结构。折叠通过碱基对（A - U、G - C和摆动的G - U）的化学相互作用发生，每个堆叠的碱基对为结构贡献能量，相邻碱基对形成发夹、茎、凸起和环等结构基序。
• 方法
  • 热力学方法 ：使用从RNA熔解物理实验得出的预先计算的自由能参数表。
  • 统计方法 ：通过从密切相关的ncRNA家族构建概率模型来训练参数。
  • 动态规划 ：用于通过递归重建找到最优结构。
• 稳定性描述 ：结构的稳定性用预测的不确定性来描述，通过配分函数Q计算：
  [Q = \sum_{s \in \Omega} e^{-E(s)/RT}]
  其中(s \in \Omega)是属于集合(\Omega)的每个结构(s)，(E(s))是结构的能量，(R)是气体常数，(T)是绝