Subjects: Information Science and Systems Science >> Basic Disciplines of Information Science and Systems Science Subjects: Biology >> Biological Evolution Subjects: Biology >> Biomathematics Subjects: Physics >> Interdisciplinary Physics and Related Areas of Science and Technology Subjects: Biology >> Genetics submitted time 2023-10-15
Zhang, Zecheng
Liu, Chunxiuzi
Zhu, Yingjun
Peng, Lu
Qiu, Weiyi
Tang, Qianyuan
Liu, He
Zhang, Ke
Di, Zengru
Liu, Yu
Abstract： Background: In bioinformatics, tools like multiple sequence alignment and entropy methods probe sequence information and evolutionary relationships between species. Although powerful, they might miss crucial hierarchical relationships formed by the reuse of repetitive subsequences like duplicons and transposable elements. Such relationships are governed by “evolutionary tinkering'', as described by Fran c{c}ois Jacob. The newly developed Ladderpath theory provides a quantitative framework to describe these hierarchical relationships.
Results: Based on this theory, we introduce two indicators: order-rate $ eta$, characterizing sequence pattern repetitions and regularities, and ladderpath-complexity $ kappa$, characterizing hierarchical richness within sequences, considering sequence length. Statistical analyses on real amino acid sequences showed: (1) Among the typical species analyzed, humans possess relatively more sequences with large $ kappa$ values. (2) Proteins with a significant proportion of intrinsically disordered regions exhibit increased $ eta$ values. (3) There are almost no super long sequences with low $ eta$. We hypothesize that this arises from varied duplication and mutation frequencies across different evolutionary stages, which in turn suggests a zigzag pattern for the evolution of protein complexity. This is supported by our simulations and examples from protein families such as Ubiquitin and NBPF.
Conclusions: Our method emphasizes “how objects are generated'', capturing the essence of evolutionary tinkering and reuse. The findings hint at a connection between sequence orderliness and structural uncertainty, and suggest that different species or those in varied environments might adopt distinct protein elongation strategies. These insights highlight our method's value for further in-depth evolutionary biology applications.
Peer Review Status:
Awaiting Review
Subjects: Biology >> Biomathematics submitted time 2023-01-17 Cooperative journals: 《干旱区研究》
Abstract：为了探索温度升高下降水和施氮对半干旱地区春小麦产量和生物量的影响。基于甘肃省定西市安定区 19712018年气象数据，依据定西市安定区凤翔镇安家沟村20142018年大田试验数据，利用APSIM进行了5个 温度变化梯度（0 ℃，0.5 ℃，1 ℃，1.5 ℃，2 ℃），5个降水变化梯度（-20%，-10%，0%，10%，20%）和4个施氮处理（0 kghm-2，55 kghm-2，110 kghm-2，220 kghm-2）的模拟实验，通过回归方程、单因素分析和互作分析对旱地春小麦产 量和生物量进行分析，通过温度升高下降水和施氮的关系对小麦产量进行分析。结果表明：（1）模型模拟的小麦产 量和生物量归一化均方根误差（NRMSE）为7.47%和7.66%，模型有效性指数（ME）为0.91和0.85，灌浆期NRMSE为 1.73%，模型有效性指数为0.98，表明该模型可以较好地反映温度、降水和施氮对春小麦产量和生物量影响。（2）当 温度升高时，春小麦产量和生物量呈开口向上抛物线负效应变化；当施氮量增加时，春小麦产量和生物量呈开口向 下抛物线变化，阈值为122.11 kghm-2和129.06 kghm-2，产量和生物量的最优值为2574.86 kghm-2和5777.39 kg hm-2；降水量增加会对春小麦产量和生物量产生呈开口向上抛物线正效应变化。（3）温度和施氮量之间的交互作用 为负；温度和降水量之间的交互作用为负；施氮量和降水量之间的交互作用为正。（4）0 ℃、0.5 ℃、1 ℃、1.5 ℃、2 ℃下 产量达到最优时，降水量均应增加20%，施氮量分别为：156.2 kghm-2、149.6 kghm-2、131.56 kghm-2、110.0 kghm-2、 107.8 kghm-2。（5）温度、施氮和降水3个因素对产量影响顺序为: 降水>施氮>温度；合理的水氮协同能够减缓温度 升高对产量的负效应。
Subjects: Biology >> Biomathematics submitted time 2023-01-17 Cooperative journals: 《干旱区研究》
Abstract：以宁夏哈巴湖国家级自然保护区为研究区域，对区域尺度上典型植物群落遥感提取信息进行研究，验证 基于多时相Landsat 8数据对该地区植物群落提取的适用性。在最佳指数因子的基础上，确定最优波段组合；同时 结合面向对象的分类方法，对比分析采用单期影像与2期影像不同波段组合的共计8组分类实验，探究多时相数据 对分类精度的影响。结果表明：（1）不同分割参数设置对分类精度有一定影响，紧致度因子和形状因子分别在0.7 和0.1时，达到实验最优分类效果；（2）研究区内人工大面积种植的植被，其分类效果较好，白刺、芨芨草等天然混生 的植物群落容易造成误分混分；（3）由最终分类精度可知，采用多时相数据进行分类可大大提高分类精度，较单时 相数据总体分类精度和Kappa系数最大提升了8.24%和0.10，可有效提高研究区植被信息的提取精度。
Subjects: Biology >> Biomathematics submitted time 2023-01-17 Cooperative journals: 《干旱区研究》
Abstract：厘清气候变化和人类活动对植被净初级生产力（NPP）的影响，对区域生态系统变化与可持续发展具有重 要意义。基于CASA模型，利用19942018年5期Landsat遥感影像及气象数据，通过仿真情景实验研究了人类活 动和气候变化对哈萨克斯坦首都圈植被净生产力的影响。结果表明：（1）19942018年间，哈萨克斯坦首都圈植被 NPP呈波动上升趋势，NPP多年均值为226.21 g Cm-2a-1；（2）首都圈人工造林面积不断增加，对NPP有显著的正增 益效果（0.38 Tg Ca-1, PP= 0.34）；在土地覆盖变化和气候变化共同作用下，哈萨克斯坦首都圈植被NPP总体上呈显著正增益效果（0.27 Tg Ca-1, P<0.1）。相较于气候变化，人类活动对植被净初级生产力影响更加明显，相关性也更强；（3）气候因子中温度、太阳 辐射和降水是影响NPP 的主要因素。19942000年和20062012年期间由于温度的升高和降雨量的减少导致 NPP损失，分别由218.50 g Cm-2a-1、201.19 g Cm-2a-1降到189.00 g Cm-2a-1、188.48 g Cm-2a-1；20002006年和 20122018年期间随着降水条件的改善，该地区NPP均值显著上升，均值分别达到201.19 g Cm-2a-1、207.73 g C m-2a-1。本文研究结果有助于揭示气候变化和人类活动对植被NPP的影响机制，可为改善荒漠草原区生态环境质 量，缓解全球变暖问题和实现哈萨克斯坦2060年碳中和目标提供参考。
Subjects: Biology >> Biomathematics submitted time 2023-01-17 Cooperative journals: 《干旱区研究》
Abstract：以新疆阿尔泰山富蕴林区乔木为研究对象，利用设置典型样带进行样方调查的方法，分析阿尔泰山东部 林区的树种组成和优势种径级结构、不同龄林的生境特征及空间分布格局。结果表明：（1）西伯利亚云杉（Picea obovata）、西伯利亚落叶松（Larix sibirica）、疣枝桦（Betula pendula）和欧洲山杨（Populus tremula）为富蕴林区的优势 种，个体数量占总数量的99.99%，稀有种和偶见种占总物种的0.013%；（2）优势种的径级结构与所有乔木的径级结 构相似，近似于倒U型，以中径级个体居多；（3）从物种分布与环境因子的关系来看，海拔和坡向的影响较大，与 土层厚度的关系不明显；（4）4个树种的空间分布格局均为集群分布，按照龄组划分，其幼龄林均为均匀分布。不同 林龄树种的空间分布格局是天然森林树种长期适应环境条件变化而形成，反映出这一区域森林树种动态变化、森 林物种之间的竞争扩散及与环境之间的关系，可为本区域森林保护和管理提供参考。
Subjects: Biology >> Biomathematics submitted time 2023-01-17 Cooperative journals: 《干旱区研究》
Abstract：为了解油莎豆（Cyperus esculentus）幼苗对沙化土地盐胁迫的生理生长适应性，本研究在温室条件下以风 沙土为培养基质，采用盆栽试验对油莎豆幼苗进行不同浓度NaCl胁迫处理，分析盐胁迫30 d和50 d后油莎豆幼苗 的生长、生理生化特性及Na+ 和K+ 平衡。结果表明：（1）盐胁迫30 d和50 d后，油莎豆幼苗地上和地下部分均在Na⁃ Cl浓度0.5 gkg-1 时生长良好，但株高明显降低；在NaCl浓度1.0 gkg-1 时，地上及地下部干重、株高和叶面积均出 现不同程度下降。（2）盐胁迫30 d时主要通过脯氨酸大量积累来减轻盐胁迫，在50 d时主要通过可溶性蛋白和可溶 性糖的大量累积来提高其渗透调节能力以适应盐胁迫。（3）随NaCl浓度的增加，叶片与根系Na+ 含量和Na+ /K+ 均显 著增加，说明其离子平衡遭到破坏。（4）隶属度综合评价结果表明，NaCl浓度0.5 gkg-1 时油莎豆幼苗的综合生理 生长表现没有发生明显变化，但超过1.0 gkg-1 时则显著下降，这表明油莎豆幼苗具有一定的耐盐性，在沙地轻度盐 胁迫条件下可以正常生长。
Subjects: Biology >> Biomathematics submitted time 2023-01-17 Cooperative journals: 《干旱区研究》
Abstract：通过对采自新疆生产建设兵团78团克什库什台的特殊的苔藓植物标本的鉴定，首次发现了腐木烟杆藓 ［Buxbaumia viridis (Moug. ex Lam. DC.) Brid. ex Moug. Nestl.］在新疆的分布。这是自陕西错误记载100多年以 来，我国首次正式发现该种。本文详细叙述了腐木烟杆藓在中国分布的历史更正，描述了该种的形态特征、地理分 布及生境，对其蒴齿和孢子进行了扫描电镜观察，并提供了该种的图版和中国烟杆藓属的分种检索表。
Subjects: Mathematics >> Modeling and Simulation Subjects: Biology >> Biomathematics submitted time 2020-02-25
Abstract： Here we report the analysis of epidemic data from Jan. 20th to Feb. 16th, 2020 in 24 provinces in China, whose total infected cases are larger than 100 till 02/16/2020, as well as 16 cities in Hubei province (the most severely affected area) except Shennongjia, based on dynamical models and automatical algorithms for parameter optimization. We forecast the COVID-19 epidemics in most provinces in China will end up soon before February 29th, while those for Hubei province (except Wuhan city) will be closed by the middle of March. The epidemic in Wuhan will continue to the beginning of April. And we suggest further close attentions should be paid to six provides, including Heilongjiang, Hebei, Jiangxi, Anhui, Guizhou and Sichuan, as well as six different cities, including Wuhan, Jingzhou, Ezhou, Suizhou, Tianmen and Enshi, in Hubei province. Moreover, it is hinted that clustering infection might be happened in Tianjin, Hebei, Chongqing, Sichuan, Hainan and Guangxi provides, and many cities inside Hubei province during the spreading of COVID-19, which needs further validation by epidemiological investigations in the future.
Peer Review Status:Awaiting Review
Subjects: Library Science，Information Science >> Library Science Subjects: Biology >> Biomathematics submitted time 2016-06-14
Abstract：摘 要：目的: 统计分析近10年我国糖尿病足治疗领域的研究成果及热点，预测我国糖尿病足治疗领域未来发展方向及趋势。方法: 利用SPSS22.0制作绘制年度发文量趋势图、关键聚类分析图及期刊来源频数图，SATI3.1统计文献来源及绘制关键词矩阵，CiteSpace4.0绘制作者、机构和关键词网络共现图谱。结果：国糖尿病足治疗领域年度发文量逐渐增加，波动较小；作者之间合作密切；机构与机构之间的合作较少；关键词较好地反映出了我国糖尿足病近10年的研究进展及成果；同时也存在糖尿病足基础方面的研究较少；糖尿病足治疗领域的期刊来源广泛，但期刊影响因子较低。结论：在今后研究中，我国糖尿病足治疗领域中的相关工作者及机构，应加强合作，重视糖尿病足基础的研究及高质量的成果的发表，努力使我国糖尿病足的治疗达到一个更高的水平。
Peer Review Status:Awaiting Review
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