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衣壳蛋白对病毒RNA的选择性识别对于单链RNA（ssRNA）病毒组装过程中的基因组包装至关重要。然而，由于现有实验技术耗时长且通量低，鉴定RNA基因组中的衣壳蛋白结合位点仍然具有挑战性，这推动了计算方法的发展。在此，我们提出了一种基于序列的框架，将RNA三级结构建模、局部几何特征提取与机器学习相结合，用于预测衣壳蛋白结合位点。以Qβ噬菌体为概念验证体系，我们构建了一个由实验鉴定的结合与非结合RNA片段组成的基准数据集。我们设计了一组几何描述符，用于表征RNA骨架的局部结构特征。在基准数据集的不同子集上，利用这些几何描述符进行重复训练和测试时，神经网络展现出较强的能力，能够区分衣壳蛋白结合位点与非结合RNA片段，并在5折交叉验证中取得了0.88的受试者工作特征曲线下面积（AUC）。为评估该模型在缺乏实验结构的情况下预测RNA结合位点的能力，我们将其应用于从AlphaFold预测的RNA结构中提取的局部几何特征。尽管预测结构与实验测定结构之间存在显著差异，该分类器仍保持了较好的预测性能（AUC = 0.75），表明近似的RNA三级结构仍可能保留对衣壳结合位点预测具有生物学意义的信息。此外，预测失败的结果表明，病毒基因组包装不仅受RNA内在结构特征的调控，还受到超越静态RNA构象的其他动态因素影响。总之，我们的研究结果为RNA–衣壳相互作用提供了新的机制学见解，并为将该方法拓展至多种单链RNA病毒奠定了基础。
利用局部几何特征和机器学习预测单链 RNA 病毒中的衣壳蛋白结合位点 | bioRxiv
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利用局部几何特征和机器学习预测单链 RNA 病毒中的衣壳蛋白结合位点
Yunong Melody Wu
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Junjie Zhang
DOI：
https://doi.org/10.64898/2026.09.10.750674
Yunong Melody Wu 1 Rye Country Day School，Rye，NY 10580；
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Junjie Zhang 2 德州农工大学
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通信作者：
junjiez{at}tamu.edu
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衣壳蛋白对病毒 RNA 的选择性识别对于单链 RNA（ssRNA）病毒组装过程中的基因组包装至关重要。然而，鉴定 RNA 基因组中的衣壳蛋白结合位点仍然具有挑战性，因为现有实验技术通常耗时且通量较低，这推动了计算方法的发展。在本研究中，我们提出了一种基于序列的框架，将 RNA 三级结构建模、局部几何特征提取与机器学习相结合，以预测衣壳蛋白结合位点。我们以 Qβ 噬菌体为概念验证系统，构建了一个由实验鉴定的结合 RNA 片段和非结合 RNA 片段组成的基准数据集。我们设计了一组几何描述符，用于表征 RNA 骨架的局部结构特征。在基准数据集的不同子集上反复使用这些几何描述符进行训练和测试时，神经网络表现出较强的能力，能够区分衣壳蛋白结合位点与非结合 RNA 片段；在 5 折交叉验证中，其受试者工作特征曲线下面积（AUC）达到 0.88。为评估该模型在缺乏实验结构的情况下预测 RNA 结合位点的能力，我们将其应用于由 AlphaFold 预测的 RNA 结构所提取的局部几何特征。尽管预测结构与实验测定模型之间存在显著结构差异，分类器仍保持了相当的预测性能（AUC = 0.75），这表明近似的 RNA 三级结构仍可能保留对衣壳蛋白结合位点预测具有生物学意义的信息。此外，预测失败的结果提示，病毒基因组包装不仅受 RNA 内在结构特征的调控，还受到静态 RNA 构象之外的其他动态因素影响。总之，我们的研究结果为 RNA–衣壳相互作用提供了新的机制性见解，并为将该方法推广至多种单链 RNA 病毒奠定了基础。
利益冲突声明
Junjie Zhang 是 Phanetica LLC 的联合创始人。
脚注
https://github.com/melody144/CPBSpred
已声明的资助信息
美国国立卫生研究院，
https://ror.org/01cwqze88
，R01GM141659
噬菌体技术中心
德州农工大学 ADM 资助
版权
本预印本的。
该预印本依据 CC-BY 4.0 国际许可协议公开。
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发布于 2026 年 9 月 11 日。
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利用局部几何特征和机器学习预测单链 RNA 病毒中的衣壳蛋白结合位点
Yunong Melody Wu，
Junjie Zhang
bioRxiv
2026.09.10.750674；
DOI：
https://doi.org/10.64898/2026.09.10.750674
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利用局部几何特征和机器学习预测单链 RNA 病毒中的衣壳蛋白结合位点
Yunong Melody Wu，
Junjie Zhang
bioRxiv
2026.09.10.750674；
DOI：
https://doi.org/10.64898/2026.09.10.750674
📄 原文链接：https://www.biorxiv.org/content/10.64898/2026.09.10.750674v1?rss=1
🏷️ 单链RNA病毒 衣壳蛋白结合位点 RNA三级结构 局部几何特征 机器学习预测 RNA-蛋白相互作用