基因調(diào)控網(wǎng)絡(luò)的構(gòu)建及其動(dòng)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(xué)中的研究熱點(diǎn)，隨著各種生物技術(shù)手段的進(jìn)步，尤其是基因芯片技術(shù)的不斷進(jìn)步，近年來(lái)積累了大量基因組范圍的基因在不同時(shí)空下的表達(dá)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(guò)程中的表達(dá)變化情況，可以看作是基因調(diào)控網(wǎng)絡(luò)的后驗(yàn)觀察數(shù)據(jù)。因此，希望能提出相關(guān)的計(jì)算方法和模型，使用基因表達(dá)譜數(shù)據(jù)來(lái)推測(cè)可能的基因調(diào)控網(wǎng)絡(luò)，并由此加深對(duì)基因調(diào)控網(wǎng)絡(luò)的理解。
　　 對(duì)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(dá)譜樣本作為轉(zhuǎn)錄因子和目標(biāo)基因的特征，以及如何設(shè)計(jì)和訓(xùn)練分類器等入手，根據(jù)時(shí)序表達(dá)數(shù)據(jù)的特性，使用增強(qiáng)型貝葉斯分類器高效地從表達(dá)譜數(shù)據(jù)中預(yù)測(cè)出轉(zhuǎn)錄因子調(diào)控的目標(biāo)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(dá)譜樣本、對(duì)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(jìn)一步提高對(duì)轉(zhuǎn)錄因子調(diào)控的目標(biāo)基因的預(yù)測(cè)精度。
　　 當(dāng)難以收集足夠的已知的轉(zhuǎn)錄因子調(diào)控的目標(biāo)基因形成有效的訓(xùn)練集時(shí)，需要

3、直接從基因表達(dá)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(biāo)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(shí)間復(fù)雜度和較少的空間復(fù)雜度下求解出網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)。本文還進(jìn)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(lái)的新方法。
　　 實(shí)際的基因調(diào)控網(wǎng)絡(luò)是一個(gè)動(dòng)態(tài)的過(guò)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(dòng)態(tài)過(guò)程，采用了布爾網(wǎng)絡(luò)對(duì)基因調(diào)控網(wǎng)絡(luò)的動(dòng)態(tài)性進(jìn)行模擬，并通過(guò)布爾網(wǎng)絡(luò)的狀態(tài)轉(zhuǎn)移和最終態(tài)來(lái)考察網(wǎng)絡(luò)的動(dòng)態(tài)性。對(duì)胚胎心臟發(fā)育過(guò)程的基因調(diào)控網(wǎng)絡(luò)的動(dòng)態(tài)性模擬表明，模擬出來(lái)的動(dòng)態(tài)性能夠很好地和實(shí)際情況下基因表達(dá)特性相吻合。
　　 進(jìn)一步考慮到實(shí)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(dòng)態(tài)性，對(duì)三個(gè)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(dòng)態(tài)性是否能夠得以保持。更進(jìn)一步地，考察了這些生物意義網(wǎng)絡(luò)的