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YOYO-1是一种双嵌入的绿色荧光染料,被广泛用于DNA分子荧光标记实验,研究不同条件下DNA分子微力学和结构性质。YOYO-1嵌入DNA导致DNA扭转刚度降低、去扭转、轮廓长度伸长以及依赖YOYO-1浓度的驻留长度的变化,但是目前很少有实验或理论全面地研究YOYO-1嵌入对轮廓长度从微环到质粒DNA拓扑结构的影响。因此,本文基于蠕虫链模型和蠕虫棒模型,利用蒙特卡洛模拟方法研究YOYO-1嵌入对环状DNA拓扑结构的影响。(1)基于蠕虫链模型,采用蒙特卡洛模拟方法研究在有YOYO-1嵌入DNA的情况下,环状DNA拓扑结构的变化。首先,解析地得到DNA扭转数分布,通过模拟获得环状DNA环绕数分布,在White-Fuller关系约束下,通过对环绕数分布和扭转数分布做卷积,获得环状DNA连接数分布,预测并确定YOYO-1嵌入对环状DNA连接数分布的影响。YOYO-1嵌入导致环状DNA环绕数分布有较大波动,但没有明显增大,因此,连接数分布的方差主要取决于扭转数分布的方差;去扭转角引起连接数分布整体平移,不影响其方差,相反,扭转刚度影响连接数分布。(2)基于蠕虫棒模型,采用蒙特卡洛模拟方法研究在有YOYO-1嵌入DNA的情况下,环状DNA环绕数、扭转数以及连接数的分布情况,确定YOYO-1嵌入及初始扭转角对环状DNA拓扑结构的影响。在没有YOYO-1嵌入时,随着初始扭转角的变化,微环DNA的平均扭转数在初始扭转数为半整数值且小数部分非常接近1/2处发生急剧转变;初始扭转数为半整数值处发生转换并且在两个连续转换之间,(29)(35)(27)Tw和(29)(35)(27)Lk随初始扭转角线性减小。当YOYO-1嵌入时,随着初始扭转角的增大,平均扭转数也增大;环绕数、扭转数、连接数等的平均偏差波动不大;随着YOYO-1浓度的增加,扭转数分布左右来回偏移;扭转刚度降低影响扭转数分布的方差,初始扭转角以及去扭转角导致扭转数分布左右来回偏移;对于微环DNA连接数分布的改变与扭转数分布的改变相一致;对于很长质粒DNA连接数分布,环绕数对其影响不显著,连接数分布的方差强烈依赖扭转数分布的方差。