牟锦 郭亚茹 黄月月 刘珂

摘 要：目前基因组学领域中染色体三维结构重建是热点研究问题。已有相关文献表明，基因组的DNA突变、复制、胚胎的发育和转录长链非编码RNA的传播等跟染色质的三维结构有着密切的关联。Hi-C实验提供基因组位点之间的接触频率的全基因组图谱，推测反映其染色体的平均空间组织。文中通过在Hi-C数据基础上对染色体三维结构重建的相关文献进行分析，总结了目前重建染色体三维空间结构的经典算法原理和性能，以期能更深入地研究染色体三维结构重建算法，并系统的掌握三维染色体空间结构预测算法的发展方向。

关键词：染色体三维结构重建；Hi-C数据集；算法分析

中图分类号：Q343.2 文献标志码：A 文章编号：2095-2945（2018）29-0004-03

Abstract： At present， the three-dimensional structure reconstruction of chromosome is a hot research issue in the field of genomics. It has been shown that genomic DNA mutation， replication， embryonic development and transmission of long strand noncoding RNA are closely related to the three-dimensional structure of chromatin. The Hi-C experiment provides a genome-wide map of the contact frequency between genomic sites， presumably reflecting the average spatial organization of its chromosomes. In this paper， based on the analysis of the related literatures on chromosome 3D structure reconstruction based on Hi-C data， the principle and performance of the classical algorithms for chromosome 3D structure reconstruction are summarized. With a view to more in-depth study of chromosome three-dimensional structure reconstruction algorithm， and systematically grasp the development direction of three-dimensional chromosome space structure prediction algorithm.

Keywords： three-dimensional （3D） chromosome structure reconstruction； Hi-C data set； algorithm analysis

引言

重建染色体三维结构即是通过染色质的二维交互频率数据来预测其三维空间的结构。已有相关文献表明，基因组的表达，调控及DNA突变、复制、胚胎的发育和转录长链非编码RNA的传播以及维护基因组稳定性等跟染色质的三维结构有着密切的关联[1-6]。目前通过Hi-C技术[7]，能高通量地获取多个物种的全基因组的交互作用信息，再对生成的二维接触矩阵[8]进行处理，并用于预测染色体的三维结构[9]。目前的预测算法可根据模型原理不同分为概率约束和距离约束[10]两类。这些预测模型算法有助于人们对染色体三维折叠空间结构有更清晰的认识，也为了解其调控以及对基因组稳定性功能和解析相关的生物过程提供了理论结构依据。……