基因調(diào)控網(wǎng)絡(luò)的構(gòu)建及其動態(tài)性與穩(wěn)定性研究.pdf

1、基因調(diào)控網(wǎng)絡(luò)的研究一直是生物學中的研究熱點，隨著各種生物技術(shù)手段的進步，尤其是基因芯片技術(shù)的不斷進步，近年來積累了大量基因組范圍的基因在不同時空下的表達譜數(shù)據(jù)。這些數(shù)據(jù)通常描述了生物體中絕大部分基因在特定生命狀態(tài)或過程中的表達變化情況，可以看作是基因調(diào)控網(wǎng)絡(luò)的后驗觀察數(shù)據(jù)。因此，希望能提出相關(guān)的計算方法和模型，使用基因表達譜數(shù)據(jù)來推測可能的基因調(diào)控網(wǎng)絡(luò)，并由此加深對基因調(diào)控網(wǎng)絡(luò)的理解。
　　 對于轉(zhuǎn)錄因子調(diào)控關(guān)系的研究可以作為研

2、究基因調(diào)控網(wǎng)路的第一步。本文從如何收集基因表達譜樣本作為轉(zhuǎn)錄因子和目標基因的特征，以及如何設(shè)計和訓練分類器等入手，根據(jù)時序表達數(shù)據(jù)的特性，使用增強型貝葉斯分類器高效地從表達譜數(shù)據(jù)中預測出轉(zhuǎn)錄因子調(diào)控的目標基因。本文提出的依據(jù)轉(zhuǎn)錄因子的活性篩選優(yōu)質(zhì)的表達譜樣本、對特征采取離散化聯(lián)合編碼等方法能夠有效地協(xié)助分類器進一步提高對轉(zhuǎn)錄因子調(diào)控的目標基因的預測精度。
　　 當難以收集足夠的已知的轉(zhuǎn)錄因子調(diào)控的目標基因形成有效的訓練集時，需要

3、直接從基因表達譜數(shù)據(jù)中構(gòu)建出基因調(diào)控網(wǎng)絡(luò)。本文借用少量的已知轉(zhuǎn)錄因子的信息，將基因調(diào)控網(wǎng)絡(luò)分解為內(nèi)部的轉(zhuǎn)錄因子網(wǎng)絡(luò)和轉(zhuǎn)錄因子與目標基因的相互作用，采用綜合貝葉斯網(wǎng)絡(luò)和遺傳算法的方法，在線性時間復雜度和較少的空間復雜度下求解出網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)。本文還進一步考慮了轉(zhuǎn)錄因子與功能的相關(guān)性，提出了一種將轉(zhuǎn)錄因子的作用與功能結(jié)合起來的新方法。
　　 實際的基因調(diào)控網(wǎng)絡(luò)是一個動態(tài)的過程，而上述基因調(diào)控網(wǎng)絡(luò)的構(gòu)建都是基于靜態(tài)模型。為了更好地考察基因調(diào)

4、控網(wǎng)絡(luò)的動態(tài)過程，采用了布爾網(wǎng)絡(luò)對基因調(diào)控網(wǎng)絡(luò)的動態(tài)性進行模擬，并通過布爾網(wǎng)絡(luò)的狀態(tài)轉(zhuǎn)移和最終態(tài)來考察網(wǎng)絡(luò)的動態(tài)性。對胚胎心臟發(fā)育過程的基因調(diào)控網(wǎng)絡(luò)的動態(tài)性模擬表明，模擬出來的動態(tài)性能夠很好地和實際情況下基因表達特性相吻合。
　　 進一步考慮到實際的基因調(diào)控網(wǎng)絡(luò)能夠在噪聲干擾下保持其原有動態(tài)性，對三個具有生物意義的布爾網(wǎng)絡(luò)模擬了噪聲加入的情況，考察這些網(wǎng)絡(luò)在噪聲干擾下其動態(tài)性是否能夠得以保持。更進一步地，考察了這些生物意義網(wǎng)絡(luò)的