基于模糊Petri網(wǎng)的基因調(diào)控網(wǎng)絡(luò)建模研究.pdf

1、基因芯片及高吞吐量的DNA測序機技術(shù)的發(fā)展導(dǎo)致了超大規(guī)模的基因組數(shù)據(jù)的集成，而將這些數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)化為有價值的生物信息是目前人們面臨的最大挑戰(zhàn)，同時也成為基因調(diào)控網(wǎng)絡(luò)研究中的一個新領(lǐng)域。此外研究和了解基因調(diào)控網(wǎng)絡(luò)因果關(guān)系以及對DNA序列功能的評價對人們生活具有重要意義。相對于國外，我國在這一新興領(lǐng)域的研究水平還是處于落后階段，因此本文將從兩個方面對基因調(diào)控的研究進(jìn)行完善:DNA序列可信度的預(yù)測和基因表達(dá)水平影響程度的預(yù)測。
　　針對DNA

2、序列可信度的預(yù)測問題，將模糊Petri網(wǎng)(FPN)與有色Petri網(wǎng)(CPN)相結(jié)合，提出了一種基于模糊有色Petri網(wǎng)(FCPN)的方法來對DNA堿基序列可信度預(yù)測的模糊推理過程進(jìn)行建模。模型中使用三個輸入變量來確定DNA堿基序列的可信度，分別為height，peakness和spacing。模型中的組成部分分別對應(yīng)著不同類型的模糊操作，如If—parts和Then—parts等規(guī)則。 FCPN模型在模糊Petri網(wǎng)的基礎(chǔ)上結(jié)合了有色

3、Petri網(wǎng)，這就使FCPN方法在保證等量信息的同時，可以克服原有網(wǎng)絡(luò)規(guī)模大、計算步驟冗余、時間長的缺點，從而提供完整的結(jié)構(gòu)化表示。再此基礎(chǔ)上建立了DNA堿基可信度推理的FCPN模型，并得出了最終結(jié)果，與FPN方法進(jìn)行比較，F(xiàn)CPN模型表現(xiàn)出較好的適應(yīng)性，簡化了模型的同時提高了預(yù)測的準(zhǔn)確性。
　　針對基因表達(dá)水平影響程度的預(yù)測問題，提出一種基于逆向推理和模糊Petri網(wǎng)思想的算法來對激活/抑制和目標(biāo)基因間的調(diào)控關(guān)系進(jìn)行建模，即根據(jù)

4、輸入的激活/抑制(activator/repressor)基因的表達(dá)水平來預(yù)測目標(biāo)基因表達(dá)水平值。該方法通過FPN模型對激活/抑制和目標(biāo)基因三基因的正向推理得出目標(biāo)基因表達(dá)值后，采用逆向推理理論對模型進(jìn)行返溯，并對結(jié)果和模型進(jìn)行分析。該模型不僅可以準(zhǔn)確的預(yù)測目標(biāo)基因的表達(dá)水平，很好的模擬了基因調(diào)控網(wǎng)絡(luò)的因果關(guān)系，而且得到了規(guī)則庫中具體的作用規(guī)則以及輸入基因?qū)δ繕?biāo)基因表達(dá)的影響程度，從而有助于制藥，疾病診斷等領(lǐng)域的研究與探索。最后通過實例