小麥春化基因模型建立與非線性研究分析.pdf

1、小麥（Triticum aestivum.L）屬于禾本科小麥屬糧食作物，其生長(zhǎng)過(guò)程中必須經(jīng)過(guò)一段低溫處理才能促進(jìn)花芽形成和花器官的發(fā)育，這個(gè)過(guò)程被稱作春化。小麥作為全世界廣泛種植的糧食作物其產(chǎn)量與小麥春化息息相關(guān)，所以小麥的春化作用一直是育種工作者研究的熱點(diǎn)問(wèn)題。
　　隨著生物科學(xué)研究方法的不斷改進(jìn)，對(duì)于小麥春化作用的認(rèn)識(shí)也不斷地深入。小麥春化是植物體多基因、多因素共同作用的一個(gè)復(fù)雜的生理過(guò)程。目前對(duì)于春化作用機(jī)制的研究主要是探究

2、各個(gè)基因與影響因素的相互作用，根據(jù)實(shí)驗(yàn)結(jié)果建立調(diào)控網(wǎng)絡(luò)來(lái)分析春化機(jī)制。春化過(guò)程中各種影響因素在基因調(diào)控網(wǎng)絡(luò)中的關(guān)聯(lián)效應(yīng)不是簡(jiǎn)單的相加，那么就不能用線性的分析方法來(lái)進(jìn)行研究。為了反映網(wǎng)絡(luò)中的各因素的動(dòng)態(tài)變化過(guò)程對(duì)小麥生長(zhǎng)的影響，需要建立非線性模型來(lái)研究分析。
　　利用非線性動(dòng)力學(xué)模型來(lái)研究生物現(xiàn)象已經(jīng)在很多生物學(xué)領(lǐng)域得到應(yīng)用，例如Logistic模型來(lái)研究種群增長(zhǎng)規(guī)律;P53-Mdm2模型來(lái)研究P53信號(hào)通路與腫瘤或者響應(yīng)DNA損傷

3、的關(guān)系等。本次研究通過(guò)對(duì)調(diào)控春化作用的兩個(gè)主要基因:VRN1(VERNALIZATION1)和VRN2(VERNALIZATION2)的互作方式的分析，發(fā)現(xiàn)其互作模式反饋回路與P53-Mdm2調(diào)控模型和Hes1模型極為相似，因此在此類模型的基礎(chǔ)上，結(jié)合非線性模型中的變量分析方法、公式表達(dá)方法以及小麥春化研究實(shí)驗(yàn)中的數(shù)據(jù)和現(xiàn)象建立春化基因的非線性模型，最后使用Matlab2013a進(jìn)行結(jié)果模擬。
　　模擬結(jié)果表明此次研究建立的模型可

4、以表達(dá)春化過(guò)程中VRN1和VRN2的表達(dá)量隨時(shí)間的變化情況與趨勢(shì)，兩類基因?qū)Υ夯饔谜{(diào)控時(shí)的互作模式與實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象相符合。此外還發(fā)現(xiàn)VRN1和VRN2的生成率和降解率對(duì)春化作用都有重要的影響。對(duì)VRN1的降解率加入干擾后會(huì)對(duì)模型造成較大的影響，所以一旦增大VRN1降解率，會(huì)影響到春化結(jié)束后VRN1的表達(dá)量，對(duì)開(kāi)花造成影響;VRN2的生成率對(duì)模型穩(wěn)定性不會(huì)有太大影響，說(shuō)明VRN2對(duì)后期春化作用的影響已明顯減弱;但是VRN2的降解率對(duì)于系統(tǒng)的穩(wěn)

5、定至關(guān)重要，它在很大程度上影響VRN1-VRN2的表達(dá)，通過(guò)提高VRN2的降解率可以縮短VRN2的降解時(shí)間，使VRN1的表達(dá)量盡快滿足促進(jìn)開(kāi)花的條件，這對(duì)于北方優(yōu)質(zhì)小麥向較為溫暖地區(qū)引種工作是有意義的。
　　在評(píng)價(jià)基因、mRNA、蛋白質(zhì)的穩(wěn)定性時(shí)一般只考察相關(guān)降解率的大小，對(duì)于生成率的關(guān)注較少。此次研究中調(diào)控VRN1、 VRN2的生成率和降解率的數(shù)值，圖形產(chǎn)生的變化證明實(shí)際生長(zhǎng)狀況下兩者對(duì)春化作用都有重要的影響，由此可以說(shuō)明生成率