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耦合的合成基因调控网络动力学分析

【摘要】:基因调控网络是系统生物学的一个十分重要的研究内容.由于真实基因调控网络的复杂性,无论是定性还是定量分析都很难在系统水平上整体进行.然而,生物系统中存在大量的、相对独立的、具有特定生物功能的调控网络模块.比如正反馈环路、负反馈环路、前馈圈等.孤立地分析这些简单网络模块的处理信号能力、过滤噪声能力、产生振动以及形成时空斑图等功能的研究已经成为国内外研究的热点.复杂的基因调控网络是由众多简单的调控环路所构成的,研究整合的简单调控环路的功能有助于进一步理解更复杂的真实网络的生物物理机制. 本文主要研究耦合的合成负反馈环路在整合之后所表现的振动、双韵律、硬激励等动力学功能.双韵律,即不同振幅和频率的振动在相同参数的模型中共同存在;硬激励,即在相同参数的模型中系统由于初值的不同可以表现为稳定的平衡态或稳定的周期轨.这两种动力学现象已经在生物实验中验证是真实存在的. 本文从合成基因网络的压制振动子出发,添加一个成分、两个调控,使得两个负反馈环路耦合在一起.通过快反应平衡近似建立数学模型,利用分支分析软件XPPAUT,研究分析了该耦合合成基因调控网络在不同参数调控作用下的动力学行为.分析探讨了网络的结构和耦合作用以及功能参数对网络的不同动力学行为的出现产生的影响,得到了不同参数对不同动力学现象的阈值要求,这对理解生物实验中表现出来的丰富现象有着很好的解释意义,并对可能的生物实验提供指导.

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