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1、隨著人類基因組計(jì)劃及許多模式生物測(cè)序工程的相繼完成,導(dǎo)致了“海量”的生物序列數(shù)據(jù)。然而數(shù)據(jù)并不等于信息,并且通過對(duì)生物功能的分析,發(fā)現(xiàn)基因與蛋白質(zhì)很少單獨(dú)起作用,而是傾向于成組地通過網(wǎng)狀的交互作用而影響生物系統(tǒng)的功能,因此基因組的研究也從結(jié)構(gòu)基因組轉(zhuǎn)向了功能基因組的研究,通過對(duì)基因組的分析來了解生物系統(tǒng)的功能已成為后基因組時(shí)代的主要目標(biāo)。開發(fā)并利用有效的數(shù)據(jù)分析工具,將序列信息轉(zhuǎn)換成生物化學(xué)和生理學(xué)知識(shí),弄清它們所蘊(yùn)涵的結(jié)構(gòu)和功能信息,
2、徹底了解它們所代表的生物學(xué)意義,是后基因組學(xué)研究的關(guān)鍵所在。在后基因組學(xué)中,所面臨的其中一個(gè)重大挑戰(zhàn)是如何理解基因、蛋白質(zhì)、RNA分子等之間通過復(fù)雜的相互依賴關(guān)系而交織在一起的相互作用網(wǎng)絡(luò),其中包括眾所周知的基因調(diào)控網(wǎng)絡(luò),這是一個(gè)嶄新的研究領(lǐng)域。本文的主要內(nèi)容是針對(duì)這種復(fù)雜的調(diào)控網(wǎng)絡(luò)做了一些初步的探索和研究,這里分以下兩大部分來研究:一、從局部層次上來研究,主要是針對(duì)大腸桿菌基因調(diào)控元件——啟動(dòng)子的預(yù)測(cè);二、從全局層次上來研究大腸桿菌基
3、因調(diào)控網(wǎng)絡(luò)的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)、特性等性質(zhì)以及提出相應(yīng)的模型。 本文第一章扼要地介紹了生物信息學(xué)、后基因組學(xué)研究的主要內(nèi)涵,說明本課題研究的學(xué)術(shù)意義和應(yīng)用價(jià)值,并對(duì)本課題的主要研究?jī)?nèi)容——基因調(diào)控網(wǎng)絡(luò)作了扼要的闡述,包括研究的內(nèi)容、意義、難點(diǎn)及國內(nèi)外研究的現(xiàn)狀。 本文第二章對(duì)課題研究所需要用到的生物學(xué)背景知識(shí)作了比較詳細(xì)的介紹,主要是介紹了基因調(diào)控元件——啟動(dòng)子,由于本文是針對(duì)大腸桿菌這種原核生物(也是一種模式生物)的基因調(diào)控
4、網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行研究,因此在本章中主要介紹了原核生物啟動(dòng)子,并詳細(xì)地對(duì)原核生物啟動(dòng)子(以大腸桿菌為例)做了序列分析,它是第三章研究的前提。另外也簡(jiǎn)單地介紹了真核生物啟動(dòng)子及其它相關(guān)的基因調(diào)控元件,它們相對(duì)復(fù)雜,也是今后研究的方向所在。 本文第三章是針對(duì)基因調(diào)控網(wǎng)絡(luò)的元件——啟動(dòng)子來研究的,圍繞神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)這種智能算法來預(yù)測(cè)大腸桿菌的啟動(dòng)子。首先扼要地介紹了神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的定義及優(yōu)缺點(diǎn);其次對(duì)基于知識(shí)的神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)(KBANN)及域理論在啟動(dòng)子預(yù)測(cè)方
5、面提出了改進(jìn)的算法,并用C++程序?qū)崿F(xiàn),改進(jìn)的算法與其它算法的預(yù)測(cè)結(jié)果相比較,其提高了預(yù)測(cè)的準(zhǔn)確性,這是本章的主要工作之一。 本文的第四章是從整體性的角度來研究大腸桿菌基因調(diào)控網(wǎng)絡(luò),主要方法是引進(jìn)近來提出的無標(biāo)度網(wǎng)。本章首先介紹了復(fù)雜網(wǎng)絡(luò)及其研究的困難;其次介紹了由Barabási等人提出的BA模型,并獨(dú)立編寫了BA模型模擬演化程序;再者利用Pajek軟件對(duì)大腸桿菌轉(zhuǎn)錄因子之間相互作用網(wǎng)絡(luò)做了分析,并與自行編寫的ER模型、BA
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