Z-Hunt-DP：利用动态规划加速热力学Z-DNA预测|北京沫之东生物技术有限公司

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Z-DNA是一种左手型DNA构象，与基因调控和染色质动态有关。由于在生理条件下，与经典B-DNA相比，Z-DNA通常在热力学上不占优势，因此需要借助计算工具来识别可能采取Z构象的序列。传统的Z-Hunt采用二核苷酸热力学模型，但会遍历窗口内每一种anti/syn指派组合，导致其构象搜索规模随窗口大小呈指数增长。我们提出了Z-Hunt-DP，这是一种精确的动态规划重构方法，在保留原始热力学目标函数的同时，将长度为d个二核苷酸位置的窗口搜索复杂度从O(2^d)降至O(d)。在基准窗口测试中，Z-Hunt-DP在数值容差范围内与穷举法得到的最小能量一致；当窗口包含20个二核苷酸时，其速度提升达到3.30×10^5倍。在一项针对公开人类基因组位点的区间定位基准测试中，这些位点均具有实验绘制的Z-DNA图谱，Z-Hunt-DP在全部24个案例中都恢复了截取后的参考区间，并且在中点核心分析和扩展面板分析中表现出最稳定的定位能力。由于比较方法集合同时包含热力学模型、启发式模型和学习模型，因此这些跨工具结果应被解读为定位能力比较，而非直接的热力学评分检验。源代码和基准测试材料可在https://github.com/Aljumaily/Z-Hunt-DP获取。

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Z-DNA 是一种左手螺旋 DNA 构象，与基因调控和染色质动态相关。由于在生理条件下，其热力学稳定性通常低于经典的 B-DNA，因此需要借助计算工具识别可能采取 Z 构象的序列。传统的 Z-Hunt 使用二核苷酸热力学模型，但会遍历窗口内所有反式/顺式构象赋值组合，导致其构象搜索空间随窗口大小呈指数增长。我们提出了 Z-Hunt-DP，这是一种精确的动态规划重构方法，在保留原始热力学目标函数的同时，将长度为 d 个二核苷酸位置的窗口搜索复杂度从 O(2^d) 降低至 O(d)。在基准窗口测试中，Z-Hunt-DP 在数值容差范围内得出的最小能量与穷举法一致；当窗口包含 20 个二核苷酸时，其运行速度提升了 3.30×10^5 倍。在一项针对公共人类基因组位点的区间定位基准测试中，这些位点均具有实验绘制的 Z-DNA 图谱，Z-Hunt-DP 在全部 24 个案例中都恢复了经截取的参考区间，并且在以中点为核心和扩展面板分析中均表现出最稳定的局部定位能力。由于比较工具集合混合了热力学模型、启发式模型和机器学习模型，因此这些跨工具结果应被解读为定位能力比较，而非直接的热力学评分检验。源代码和基准测试材料可从 https://github.com/Aljumaily/Z-Hunt-DP 获取。

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发表于 2026 年 9 月 20 日。

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