Mesoscopic Model for Free Energy Landscape Analysis of DNA sequences
提出了一个介观模型，它允许我们识别和量化的DNA序列中的结合位点的强度。该模型是基于Peyrard-Bishop-Dauxois模型的DNA链耦合到一个布朗粒子，探讨了序列相互作用更重要的是开放的碱基对的DNA链。我们将该模型应用于不同生物体的启动子序列。这些启动子的自由能景观显示出与其生物学行为密切相关的复杂结构。所使用的分析方法能够量化基因组序列内位点的自由能差异。
2012-08-20 physics.bio-ph q-bio.BM
Searching for sequence features that control DNA flexibility
现代基因组学实验测量了数千个DNA序列的功能行为。我们建议，特别是当这些序列是随机选择的，这是很自然的计算序列和测量行为之间的关联函数。例如，在DNA柔性对序列依赖性的简单模型中，关联函数可以直接解释为相互作用参数。对最近实验的分析表明，这是令人惊讶的有效，直接导致DNA灵活性和预测的不同特征的提取，其准确性与更复杂的模型一样。这种方法遵循统计物理学中关联函数的常规使用，并将对相关DNA序列特征的搜索与对感觉神经元分析中的相关刺激特征的搜索相连接。
2020-12-11 physics.bio-ph q-bio.BM q-bio.QM
Melting Transition of Directly-Linked Gold Nanoparticle DNA Assembly
DNA解链和杂交是一个基本的生物学过程，也是许多现代生物技术应用中的关键步骤。限制在表面上的DNA表现出不同的行为从自由溶液中。DNA包覆的金纳米粒子体系表现出独特的相变，代表了一类新的复杂流体。根据DNA的序列，颗粒可以通过直接互补的DNA序列或通过其序列与连接到金纳米颗粒的序列互补的“接头”DNA彼此连接。我们观察到这两个不同的系统不同的熔融转变。
2005-03-10 physics.bio-ph physics.chem-ph
Global transposable characteristics in the yeast complete DNA sequence
用度量表示法和递归图法确定了酿酒酵母DNA全序列的全局转座特征。以核苷酸串相关距离的形式，将16条酵母染色体序列分为5组，表现出4种基本的转座特征：短周期递增、长准周期递增、长主值和几乎不相关。
2011-12-13 physics.bio-ph q-bio.GN
Probing the statistics of sequence-dependent DNA conformations in solution using SAXS
The University of Western Australia（西澳大学）；Australian Nuclear Science and Technology Organisation (ANSTO)（澳大利亚核科学和技术组织）；Ecole Normale Supérieure de Lyon（里昂高等师范学院）
本研究利用SAXS技术分析DNA构象统计特性，揭示序列对DNA局部结构的影响，并探讨其与DNA-蛋白质结合的关系。
2026-01-25 cond-mat.stat-mech physics.bio-ph
Simplifying the mosaic description of DNA sequences
通过使用Jensen-Shannon分歧，基因组DNA可以通过标准的递归分割程序被划分成组成上不同的域。每个域，而显着不同，从它的邻居，然而，可能会分享一个或多个遥远的（非相邻）域的组成相似性。因此，我们得到一个粗粒度的描述给定的DNA字符串在一个较小的一组不同的域标签。这产生了给定DNA序列的最小域描述，显著降低了其组织复杂性。这一程序提供了一种新的方法来评估基因组的复杂性，因为人们检查的生物体范围从细菌到人类。DNA序列的镶嵌组织可能起源于一个基因组（寄生虫）的片段插入另一个（宿主），我们提出了暗示这种情况的数值实验。
2002-07-27 physics.bio-ph q-bio.GN
Statistical linguistic study of DNA sequences
利用统计语言学中的一类新的复合Poisson分布函数研究了DNA序列的n元组和核苷酸组成特征。相对频率分布的6元组和7元组的出现研究表明，大多数的DNA序列遵循复合泊松分布的一般形状。还注意到，$χ$平方检验表明，一些序列遵循该分布，具有合理的拟合优度水平。成分分割研究非常适合使用这个新的分布函数家族。此外，相对频率的绝对值自然地从语言模型中出来，没有歧义。这表明DNA序列不是随机序列，它们可能具有子序列结构。
2003-08-07 cond-mat.soft cond-mat.stat-mech physics.bio-ph
Facilitated diffusion on mobile DNA: configurational traps and sequence heterogeneity
我们提出了布朗动力学模拟的促进扩散的蛋白质，建模为一个球，其表面上的结合位点，沿DNA，建模为半柔性聚合物。我们认为，在3D的DNA组织的影响，和序列的异质性。我们发现，在一个网络的DNA环，被认为是存在于细菌DNA中，搜索过程是非常敏感的空间位置的目标在这样的循环。因此，通过改变基因组的局部拓扑结构，可以抑制或促进特定的基因。另一方面，层序的非均质性会形成圈闭，通常会减缓易化扩散。然而，当适当地放置这些陷阱时，令人惊讶的是，它们可以使搜索过程更加有效。
2012-12-07 cond-mat.soft physics.bio-ph q-bio.SC
Base sequence dependent sliding of proteins on DNA
考虑了蛋白质在DNA上的滑动运动受碱基序列通过碱基对阅读相互作用的影响的可能性。参考的情况下，T7 RNA聚合酶，我们表明，蛋白质应该遵循一个噪声影响的序列依赖的运动，偏离标准的随机游走通常假设。一般的有效性和影响的结果进行了讨论。
2004-03-19 cond-mat.soft physics.bio-ph q-bio.BM
A Model of Sequence Dependent Protein Diffusion Along Dna
我们引入了一个概率模型的蛋白质滑动运动沿DNA在搜索的目标序列。该模型解释了由于非特异性DNA和蛋白质之间的序列依赖性相互作用可能产生的影响。作为一个例子，我们专注于T7 RNA聚合酶，并利用其在启动子位点的相互作用的可用信息，以研究噬菌体T7 DNA序列对滑动过程的动力学的影响。大沟中的氢键被用作RNA聚合酶和DNA之间的主要序列依赖性相互作用。详细讨论了由此产生的动力学性质和实验验证的可能性。我们表明，虽然在大的时候，该过程达到一个纯扩散制度，它最初显示一个子扩散行为。亚扩散状态可以持续足够长的时间以引起生物学兴趣。
2002-07-12 cond-mat.soft physics.bio-ph q-bio.BM
Accurate prediction of gene expression by integration of DNA sequence statistics with detailed modeling of transcription regulation
基因调控涉及从特异性蛋白质-DNA相互作用到核蛋白复合物的组合装配的事件的层次结构。DNA序列对这些过程的影响通常是基于其与单结构域结合自由能的定量联系或基于结合不同DNA基序以在基因组尺度上预测基因表达趋势的经验规则来研究的。然而，在数量上连接这两个极端的中间点方法在很大程度上仍未得到探索。在这里，我们提供了一个综合的方法来准确预测基因表达的统计序列信息结合详细的生物物理模型的转录调控多域结合多个DNA位点。对于典型的乳糖操纵子的调节，这种方法预测在0.3倍的准确度内转录活性超过10，000倍的范围从DNA序列统计不同的细胞内条件。
2010-12-16 cond-mat.stat-mech cs.CE physics.bio-ph
Real sequence effects on the search dynamics of transcription factors on DNA
最近的实验表明，转录因子（TF）确实使用易化扩散机制在活细菌细胞中的DNA上定位其靶序列：TF在沿着DNA的滑动运动和通过细胞质的重新定位事件之间交替。通过模拟和理论分析，我们研究了普通大肠杆菌DNA序列的大片段TF滑动运动。大肠杆菌菌株，基于具有快速滑动搜索状态和使目标检测成为可能的识别状态的两状态TF模型。对于在从DNA解离之前检测到靶的概率，TF搜索时间自洽地严重依赖于辅助算子（与主算子类似的可接近序列）是否存在于基因组部分中。重要的是，在我们的模型中，搜索和识别状态之间的相互转换率取决于潜在的核苷酸序列的程度是不同的。适度的依赖性最大化区分主算子和相似序列的能力。此外，这些辅助操作符作为起始点与主操作符的DNA循环，产生跨越几个数量级的目标检测时间的频谱。辅助运营商作为漏斗，方便目标检测TF。
2015-07-09 cond-mat.stat-mech physics.bio-ph q-bio.QM
Sequence-dependent spin-selective tunneling along double-stranded DNA
我们报告了电子沿天然和人工双链DNA（dsDNA）夹在双链导线的自旋选择性隧穿。结果表明，自旋极化强烈依赖于dsDNA序列，并由它的末端段占主导地位。基因组和人工dsDNA都可以是有效的自旋过滤器。自旋过滤效应对发生在末端片段的点突变敏感。这些结果与最近的实验结果非常一致，并且对各种类型的无序具有鲁棒性，可以帮助设计基于DNA的自旋电子器件。
2012-11-24 cond-mat.mes-hall cond-mat.soft physics.bio-ph
Purine-pyrimidine symmetry, determinative degree and DNA
本文用引入的决定度这一与密码子使用有关的核苷酸的新特征来研究DNA序列中与嘌呤嘧啶含量有关的各种对称性。提出了CG压力的数字学解释。给出了DNA序列的分类。实序列计算表明，嘌呤-嘧啶对称性随着有序化程度的增加而增加。提出了一个新的表征DNA嘌呤-嘧啶对称性破缺的小参数。
2000-08-28 math-ph math.MP physics.bio-ph
Experimental and theoretical studies of sequence effects on the fluctuation and melting of short DNA molecules
理解短DNA序列的解链，可以在遗传密码的尺度上探索DNA，并提出与已被广泛研究的超长序列所引起的问题截然不同的问题。我们通过实验和理论相结合的方法来研究这个问题。一种新的实验方法使我们能够将鸟嘌呤的开放沿着序列作为温度的函数进行映射。结果表明，非局部效应可能是重要的DNA，因为AT丰富的区域能够影响开放的碱基对，这是约10个碱基对的距离。一个早期的介观DNA模型被修改，以正确地描述与远低于熔化的单个碱基对的开放相关的时间尺度，并适当地考虑序列。使用该模型来分析一些特征序列，对于这些特征序列，可以获得关于熔化的详细实验数据[Mondek等人，2003 Europhys. Lett. { \bf 62} 452]，我们表明，我们必须引入AT丰富区域的非局部效应，以获得可接受的结果。这是第二个迹象，表明DNA的这些高度波动区域对其邻近区域的影响可以延伸到一定的距离。
2008-08-06 cond-mat.stat-mech physics.bio-ph q-bio.BM
Molecular Dynamics Studies of Sequence-directed Curvature in Bending Locus of Trypanosome Kinetoplast DNA
由规则重复的腺嘌呤束（A-tracts）在双螺旋B-DNA中诱导的宏观曲率在DNA的结构研究中起着特殊的作用，因为这种效应提供了序列特异性构象调制的最有据可查的例子。最近，一个新的假说，其物理起源已被提出，基于分子动力学模拟的结果，一个25-mer的片段与三个A-束相的螺旋螺杆。然而，它的序列在实验研究中从未遇到过，而是根据经验构建的，以便在特定的计算条件下最大限度地提高弯曲的幅度。在这里，我们报告了另一个25聚体B-DNA片段的类似调查的结果，现在有一个天然的碱基对序列中发现的一个微环DNA的弯曲位点。结果表明，静态曲率的一个相当大的幅度和稳定的方向走向小沟的A-道自发出现的条件下，不包括任何初始偏见，除了碱基对序列。这两个DNA片段的弯曲动力学的比较揭示了定性的相似性和有趣的差异。结果表明，在模拟中获得的A道诱导弯曲再现的自然现象，并验证了早期的结论，其可能的机制。
2000-04-20 physics.bio-ph physics.chem-ph q-bio.BM
Bubble statistics and positioning in superhelically stressed DNA
我们提出了一个研究超螺旋应力下双链DNA热力学变性的一般框架。我们报告计算的位置和大小依赖的开放概率泡沫沿序列。我们的结果是从转移矩阵解的Zimm-Bragg模型的无约束DNA和自洽线性化的Benham模型的超螺旋DNA。我们的方法的数值效率允许分析整个基因组和相应长度的随机序列（$10^6-10^9$碱基对）。我们发现，在生理条件下，开放的超螺旋DNA是强烈的合作与平均气泡大小的$10^2-10^3$碱基对（bp），和数量级高于无约束的DNA。在非均质序列中，碱基对开放的平均程度是自平均的，而泡定位和统计则由序列无序支配。与具有相同GC含量的随机序列相比，基因组DNA在超螺旋应力下打开大气泡的概率显著增加。这些气泡通常直接位于转录起始位点的上游。
2011-09-01 cond-mat.soft physics.bio-ph q-bio.BM
Metrics and Harmonic Analysis on DNA
在遗传密码的晶体基模型框架下，给出了用一串$2N$整数描述$N$核苷酸的DNA或RNA序列的数学算法。该描述允许定义两个序列之间的不平凡的距离并对序列执行离散傅里叶变换。用距离的定义比较了人、鸡和负鼠的$β$ -珠蛋白序列。对一些简单的例子进行了离散傅里叶变换的计算。
2017-03-01 cond-mat.soft physics.bio-ph q-bio.OT
The Boltzmann factor, DNA melting, and Brownian ratchets: Topics in an introductory physics sequence for biology and premedical students
提出了三个与生物学相关的有偏随机游走的例子：（1）一个DNA解链模型，模拟为DNA解链，它提供了一种方法来说明玻尔兹曼因子在生物学和医学预科学生熟知的场所中的作用;（2）解旋酶马达蛋白在解链双链DNA中的活性，例如，在复制叉处，这是布朗棘轮的一个例子;（3）由肌动蛋白聚合产生的力，这是另一种布朗棘轮，并且确定了肌动蛋白聚合速度的力和肌动蛋白浓度依赖性。
2011-05-19 cond-mat.soft cond-mat.stat-mech physics.bio-ph
A p-Adic Model of DNA Sequence and Genetic Code
利用p-adic数的基本性质，我们考虑了一种简单的新方法来描述DNA序列和遗传密码的主要方面。在我们的研究中，一个以核苷酸、密码子和基因为基本元素的超度量p-adic信息空间起着中心作用。我们表明，5-adic模型是适当的DNA序列。结合2-adic距离的5-adic模型也适用于遗传密码和基因组学中更高级的应用。我们发现遗传密码简并性与密码子间的p-adic距离有关。
2006-07-13 cs.IT math-ph math.IT
Kinky DNA in solution: Small angle scattering study of a nucleosome positioning sequence
DNA是一种灵活的分子，但其灵活性的程度受到争议。普遍接受的$l_p \approx 500\,$ DNA的持续长度与最近对短链DNA的研究不一致，后者显示出更大的灵活性，但没有探测其起源。我们已经进行了X射线和中子小角散射的短DNA序列含有一个强大的核小体定位元素，并分析结果，使用修改后的Kratky Porod模型，以确定可能的构象。我们的研究结果支持了Crick和Klug在1975年提出的一个假设，即溶液中的某些DNA序列可能具有尖锐的扭结，从而可能解决这种差异。我们的结论是支持测量辐射损伤的样品，单链断裂导致增加的灵活性和数据分析从另一个序列，它没有扭结，但我们的方法可以检测到局部增强的灵活性，由于$AT$域。
2018-09-25 cond-mat.stat-mech physics.bio-ph q-bio.BM
Inferring coarse-grain histone-DNA interaction potentials from high-resolution structures of the nucleosome
核小体中的组蛋白-DNA相互作用是基因组压缩和调控的基本机制，尽管对复合物的结构知识不断增长，但这在很大程度上仍然未知。在这里，我们提出了一个框架，用于从一系列高分辨率结构中提取纳米级组蛋白-DNA力场，这可能适用于更大一类的蛋白质-DNA复合物。我们应用程序上的一个大型晶体数据库扩展快照从分子动力学模拟。结构模型的比较首先表明，在组蛋白-DNA接触的位点，DNA碱基对局部向外移动，与组蛋白施加的局部排斥力一致。在第二步中，我们表明，分析结构的各种力的配置文件来自本地从一个独特的，序列独立的，二次排斥力场，而序列的偏好是完全由于内部的DNA力学。因此，我们获得了第一个知识衍生的纳米级的核小体中的组蛋白-DNA相互作用的潜力。在这种潜在的高亲和力序列的核小体DNA的松弛获得的构象准确地再现结合偏好的实验值。最后，我们通过计算具有序列平均性质的核小体DNA的构象，解决了与核小体中80%的基因组序列相关的更通用的结合机制。这种构象被发现不同于晶体中发现的构象，并且分析表明，排斥组蛋白力与核小体DNA中的局部拉伸张力有关，主要是在连续的接触点之间。这种紧张关系可能在复合体的稳定性中发挥作用。
2014-11-03 physics.bio-ph q-bio.BM
New stopping criteria for segmenting DNA sequences
本文提出了一种在具有复杂统计模式的非均匀DNA序列分割中的停止准则的解决方案。这种新的停止准则是基于贝叶斯信息准则（BIC）的模型选择框架。当这个停止标准被应用到一个左端粒序列的酵母酿酒酵母和完整的基因组序列的细菌大肠杆菌，生物学意义的单位的边界被确定（例如，亚端粒单位，复制起点，和复制末端），并获得了更合理的结构域的数量。我们还介绍了一种称为分割强度的措施，可用于控制大域的划定。对于几个基因组序列，确定了平均域大小和分割强度阈值之间的关系。
2001-04-05 physics.bio-ph physics.data-an q-bio.GN
Bubble relaxation dynamics in homopolymer DNA sequences
了解DNA中大气泡的固有时间尺度对于彻底理解其物理化学特性以及它们对螺旋打开和生物功能的潜在作用至关重要。在这项工作中，我们采用粗粒度的Peyrard-Bishop-Dauxois模型的DNA均聚物DNA中的大气泡的弛豫动力学研究，使用模拟到微秒的时间尺度。通过研究插入到热DNA分子中的相对较大的气泡的能量自相关函数，我们从腺嘌呤-胸腺嘧啶（AT）和鸟嘌呤-胞嘧啶（GC）均聚物的平衡过程中提取特征弛豫时间。不同的振幅和宽度的气泡进行了调查，通过广泛的统计和适当的拟合，他们的放松。特征弛豫时间随气泡高度和宽度的增加而增加。我们表明，在该模型中，弛豫时间是两个数量级的GC序列比AT序列。总的来说，我们的研究结果证实，大气泡对分子的动力学产生持久的影响，时间在0.4- 200 ns之间，取决于均聚物类型和气泡形状，从而明显影响分子的长期演变。
2022-08-11 cond-mat.soft physics.bio-ph q-bio.BM
Localization of Denaturation Bubbles in Random DNA Sequences
我们研究了长的、拉伸的DNA随机序列中扭曲诱导的变性泡的热力学和动力学行为。与弱扭曲相关联的小气泡是离域的。在阈值扭矩以上，几十个碱基或更大的气泡变得优先定位于富含\AT的区段。在本地化的制度，气泡表现出“老化”和移动亚扩散与连续变化的动态指数。这些性质是使用大偏差理论的结果与标度参数，并验证了蒙特卡罗模拟。
2003-02-28 cond-mat.dis-nn cond-mat.soft cond-mat.stat-mech
DNA Sequence Evolution with Neighbor-Dependent Mutation
我们介绍了一个模型的DNA序列的进化，它可以解释依赖于相邻碱基的身份突变率的偏差。采用非线性动力学的方法，给出了这类非平衡模型的解析解。结果提出的CpG-甲基化-脱氨基过程中占主导地位的脊椎动物的点取代。由该模型产生的二核苷酸频率（使用经验获得的突变率）与在非编码DNA中观察到的总体模式相匹配。已经构建了一个基于网络的工具来计算任意相邻依赖突变率的单核苷酸和二核苷酸频率。还提供了使用极大似然分析来推断突变率的反向过程，给出了观察到的单核苷酸和二核苷酸频率。使用通用非编码DNA序列作为输入，在掩蔽超长同源序列后，可以非常有效地获得突变率的合理估计。我们的方法是更方便和通用的使用比传统的方法推导突变率通过计数突变事件在精心选择的序列。更一般地说，我们的方法提供了一个更现实的，但仍然易于处理的非编码基因组DNA的描述，并可用作各种序列分析应用的空模型。
2003-07-02 cond-mat.stat-mech physics.bio-ph physics.comp-ph
Liapunov exponent distributions and maps for multiple parameter logistic equation. Application to DNA and RNA sequences
本文将多参数逻辑斯蒂方程推广到DNA和RNA序列分析，通过Liapunov指数分布及基于嘌呤/嘧啶分类的二值映射，揭示核苷酸排列的稳定性与动态行为，为理解遗传复制和蛋白质合成提供新框架。
2025-05-04 physics.bio-ph physics.comp-ph q-bio.BM
Rapid Sequencing of Individual DNA Molecules in Graphene Nanogaps
我提出了一种使用石墨烯纳米间隙读取单个DNA分子的碱基序列的技术。
2008-10-17 cond-mat.mes-hall cond-mat.soft physics.bio-ph
Simulated and Experimental Bending Dynamics in DNA with and without A-Tracts
由规则重复的腺嘌呤束引起的双螺旋DNA的宏观弯曲是众所周知的，但仍然令人困惑。它的物理起源仍然存在争议，即使它可能是DNA结构的最佳记录序列调制。我们在这里报告的结果比较理论和实验研究的弯曲动力学在35聚体DNA片段。这个长度看起来足够大，可以通过凝胶电泳区分曲率。两个DNA片段，具有相同的碱基对组成，但不同的序列进行比较。在第一个中，一个单一的A-道基序是四次重复的相位与螺旋螺丝，而第二个序列是“随机”。计算和实验都表明，A束DNA具有较大的静态曲率和弯曲动力学特性，表明计算结果与实验现象相一致。结果不太同意与早期的观点，归因于一个决定性的作用，在DNA弯曲的序列特异性碱基对堆叠或结合的溶剂抗衡离子，但提供额外的支持的假设的压缩沮丧状态的骨干作为静态曲率的主要物理原因。我们讨论了实验验证这一假设的可能途径。
2001-09-20 physics.bio-ph physics.chem-ph q-bio.BM
Sequence-dependent thermodynamics of a coarse-grained DNA model
我们引入了一个粗粒度DNA模型的序列依赖参数化[T。E. Ouldridge，A. A.路易斯和J.P.K. Doye，J.Chem.Phys.134，085101（2011）]，最初设计用于再现具有平均序列的DNA分子的性质。新的参数化引入了序列依赖性堆叠和碱基配对的相互作用强度，选择重现短双链体的解链温度。通过开发直方图重新加权技术，我们能够将我们的参数拟合到数千个序列的解链温度。为了证明该模型的灵活性，我们研究了序列对以下各项的影响：（a）单链的非均质堆叠转变，（b）双链体在其熔点磨损的倾向，（c）堆叠强度的影响环中发夹的熔化温度，（d）单链的力延伸性质和（e）接吻环复合物的结构。在可能的情况下，我们比较我们的结果与实验数据，并找到一个很好的协议。一个名为oxDNA的模拟代码，实现了我们的模型，可以作为免费软件使用。
2012-07-14 cond-mat.soft physics.bio-ph physics.chem-ph
