收藏本站

基因调控网络辨识与功能分析

【摘要】:基因调控网络(Gene regulatory network,GRN)是由细胞中的脱氧核糖核酸、核糖核酸、蛋白质、代谢物所构成的相互作调控网络。自然界中,具有较好适应性的生物体才能获得更多的生存机会。GRN的适应性研究具有重要的生物学意义。利用基因表达观测数据辨识基因间的调控关系有助于实现系统的白化。本文针对GRN的适应性功能和基于观测数据的GRN可辨识性两个方面进行了研究,主要工作和结论如下:(1)利用改进的优化算法提高了具有适应性的三节点GRN的拓扑、参数辨识效率以及解的质量。分别以变拓扑的、定拓扑三节点GRN为研究对象,提出了几种改进的启发式搜索方法,解决了拉丁超立方抽样方法(Latin hypercube sampling,LHS)辨识适应性网络时存在的效率不高、解质量不高的问题。1.)建立了变拓扑三节点GRN的Michaelis-Menten数学模型,提出了基于多目标遗传算法辨识具有适应性GRN的方法(包括拓扑解与参数解),提高了拓扑、参数辨识效率。2)针对积分控制节点负反馈回路(Negative feedback loop with a buffering会node,NFBLB)拓扑的三节点 GRN,提出了改进的多目标粒子群算法,获得了高质量的参数解使GRN具备更好的适应性(高敏感度与高精确度)。本章提供了多种优化方法方案并对比了结果,为优化方案选择提供了指导,为后续章节分析适应性与参数的关系提供了充足样本。(2)分析了具有适应性功能三节点GRN的参数分布规律。以积分控制节点的负反馈回路(NFBLB)和比例控制节点的不致前馈回路(Incoherent feedforward loop with a proportionernode,IFFLP)拓扑的三节点GRN为研究对象,分析了适应性动态特性。首先,提出了两个新的时间指标以更全面、精准地描述适应性动态。其次,以高敏感度、高精确度为优化目标,峰值时间、调整时间为约束条件,利用七种约束多目标算法获得了足够大量的参数解。随后,对参数解进行了模糊C均值聚类分析,得到了期望适应性GRN的参数取值范围;找到了满意适应性和更好适应性网络的参数模式。最后,分析了不同拓扑GRN的四个适应性指标,明确了适应性动态更多地取决于网络拓扑,而不是网络参数。这些结果对于设计具有适应性功能的GRN具有重要的指导意义。(3)提出了基于基因表达观测数据的GRN可辨识性问题,定义了可辨识性指标,给出了观测数据实验设计的指导原则。为了明确观测数据对GRN辨识准确性所造成的影响,以5节点S-system模型的GRN为研究对象,设计了 3种数据采集方案:特定初始条件下暂态数据(方案1),稳态数据(方案2),脉冲激励响应的动态观测数据(方案3),利用改进的遗传-粒子群算法辨识GRN的参数。仿真计算结果表明:利用方案1的观测数据,GRN可辨识;利用方案2的观测数据,GRN不可辨识;同时,根据系统平衡点理论解释了 GRN不可辨识的原因,并利用数值解验证了这一结论。虽然采用方案1的观测数据,GRN是可辨识的。但是,方案1中的观测数据来自系统特定初始条件下的零输入响应。对于生物系统,记录零输入系统特定初始条件下的暂态观测数据并不容易,往往得到的只是该系统的稳态数据。为了解决这一问题,方案3采用脉冲激励信号,获得了系统激励响应的动态观测数据,使GRN可辨识。利用何种输入响应数据进行GRN辨识的问题,实质是非线性系统输入充分激励的问题,目前仍没有统一理论解决非线性系统输入满足何种条件能够实现充分激励。本文采用脉冲输入响应数据获得了较好的结果,为生物学家设计数据观测实验提供了指导。同时,通过对比阶跃激励信号,结果表明:脉冲激励信号的辨识效果更好。本文以三节点GRN为研究对象,对比研究了多种启发式搜索算法对具有适应性功能的变拓扑、定拓扑网络进行辨识的效果。启发式方法解决了现有穷尽搜索LHS方法中存在的效率不高、解质量不高的问题;同时,给出了不同启发式搜索算法的特点,为实际应用提供了多种选择方案;为高效辨识具有适应性的GRN提供了新的思路。提出了两个新的时间指标以更全面、精准地描述适应性,分析了适应性与参数取值范围之间的关系,得到了具有适应性GRN的参数模式,分析了不同拓扑GRN的适应性动态特性;为设计具有适应性的GRN提供了启示。以五节点S-system模型的GRN为研究对象,提出了观测数据的有效性问题,分析了观测数据的有效性对GRN可辨识性的影响,解释了采用稳态观测数据GRN不具备可辨识性的原因,并进行了数值验证,提出了保证GRN可辨识的数据获取方案。

下载App查看全文

(如何获取全文? 欢迎:、、)

支持CAJ、PDF文件格式


【相似文献】
中国期刊全文数据库 前20条
1 谢洪利;蒋海军;;具有变时滞的随机基因调控网络的指数稳定性分析(英文)[J];新疆大学学报(自然科学版);2011年04期
2 易东,杨梦苏,李辉智,黄明辉,王文昌;相关分析在建立基因调控网络中的应用[J];中国卫生统计;2003年03期
3 吴燕;王宝贤;;时滞基因调控网络的稳定性与分叉分析[J];三峡大学学报(自然科学版);2018年04期
4 朱延正;李玉榕;杜民;;基于递归神经网络的基因调控网络稳定性分析[J];系统仿真学报;2012年12期
5 崔光照;张勋才;牛云云;;重建基因调控网络[J];生物信息学;2007年03期
6 吕悦;张敏;秦旭东;严佳;;布尔网络到离散时间马尔科夫模型的转换及性质研究——以大鼠干细胞基因调控网络为例[J];华东师范大学学报(自然科学版);2018年01期
7 刘飞;张庭;;贝叶斯方法的基因调控网络在医学领域的应用[J];自动化技术与应用;2018年03期
8 易东,李辉智;基因调控网络研究与数学模型的建立[J];中国现代医学杂志;2003年24期
9 柳伟伟;贺佳;吴骋;虞慧婷;金志超;叶小飞;;微分方程模型在基因调控网络构建中的应用[J];中国卫生统计;2008年01期
10 江舟;钱子刚;;金铁锁活性成分基因调控网络及其产物评价研究进展[J];中国民族民间医药;2014年05期
11 杨维恒;;基因调控网络中的“信息”概念——一种基于语境论的生物学信息认识[J];自然辩证法通讯;2018年05期
12 赵金红;赵金艳;黄勇富;林秀坤;;SRY基因调控网络的研究进展[J];四川畜牧兽医;2010年08期
13 吕朝磊;雷巧灵;张宪宝;王宏宇;郑娆;王耘;;基于基因调控网络的糖肾方治疗糖尿病肾病作用机理解析[J];中华中医药杂志;2018年04期
14 张艳;;部分转移概率缺失的时滞马尔可夫型基因调控网络稳定性分析[J];信息与控制;2015年06期
15 谭左平;徐红林;王士同;堵国成;;基于能量因子的基因调控网络重构[J];食品与生物技术学报;2010年01期
16 ;中国科学家发现决定稻米食用品质的基因调控网络[J];北京农业;2010年02期
17 王锐;陈洪;张彦琦;郭波涛;易东;;信息熵在基因调控网络构建中的应用[J];激光杂志;2008年01期
18 李敬;谷慧英;王志敏;汤青林;宋明;;拟南芥成花关键基因调控网络研究进展[J];生物技术通报;2014年12期
19 舒坤贤;王光利;邬力祥;;p53基因调控网络研究进展[J];重庆工商大学学报(自然科学版);2008年05期
20 高红艳;;用重采样和时延信息论构建基因调控网络[J];自动化技术与应用;2018年05期
中国重要会议论文全文数据库 前10条
1 王亚丽;周彤;;大规模基因调控网络因果关系的辨识[A];第二十九届中国控制会议论文集[C];2010年
2 冯晶;许勇;李娟娟;;非高斯噪声激励下基因调控网络的研究[A];第十四届全国非线性振动暨第十一届全国非线性动力学和运动稳定性学术会议摘要集与会议议程[C];2013年
3 申建伟;;小RNA调控的癌症网络的斑图动力学行为及其产生机制的研究[A];第三届海峡两岸动力学、振动与控制学术会议论文摘要集[C];2013年
4 方琰;;基因调控网络的模拟与再现[A];科技、工程与经济社会协调发展——中国科协第五届青年学术年会论文集[C];2004年
5 张军霞;张安玲;王颖毅;史振东;兰凤鸣;韩磊;浦佩玉;康春生;;基于文本挖掘识别胶质瘤调控网络的核心信号[A];中国的遗传学研究——遗传学进步推动中国西部经济与社会发展——2011年中国遗传学会大会论文摘要汇编[C];2011年
6 黄英武;郭健;孙之荣;;基于贝叶斯网络和多信息融合的肿瘤基因调控网络分析[A];第九次全国生物物理大会学术会议论文摘要集[C];2002年
7 崔光照;张勋才;曹祥红;;重建转录调控网络[A];中国生物工程学会第四次会员代表大会暨学术讨论会论文摘要集[C];2005年
8 杨仲南;;拟南芥绒毡层发育和功能基因调控网络[A];植物分子生物学与现代农业——全国植物生物学研讨会论文摘要集[C];2010年
9 刘贝;李勇;孟繁疆;芦艳敏;;基因调控网络模型的研究[A];黑龙江省计算机学会2007年学术交流年会论文集[C];2007年
10 熊江辉;李莹辉;;基因芯片数据分析的新方法与基因调控网络推理[A];全面建设小康社会:中国科技工作者的历史责任——中国科协2003年学术年会论文集(上)[C];2003年
中国博士学位论文全文数据库 前10条
1 黄小娜;基因调控网络辨识与功能分析[D];西安理工大学;2018年
2 艾对元;几种基因调控网络的比较[D];兰州大学;2008年
3 闫芳;MicroRNA对基因调控网络行为影响的研究[D];上海大学;2013年
4 桂容;前馈型基因调控网络中噪声的传播机制研究[D];华中师范大学;2017年
5 吴海霞;几类动力系统的稳定性研究[D];重庆大学;2009年
6 郑德生;基于GSTE中抽象问题的研究及其应用[D];电子科技大学;2014年
7 赵路阳;应用高通量测序技术揭示子宫内膜异位症微小RNA-转录因子—靶基因调控网络的研究[D];中国人民解放军医学院;2017年
8 王彤;基于不完全信息的生物网络随机非线性建模与控制研究[D];东华大学;2014年
9 刘丽丽;水稻组学尺度多层次生物网络的构建与工具开发[D];浙江大学;2016年
10 张秀军;基于互信息的基因调控网络构建方法研究[D];上海大学;2013年
中国硕士学位论文全文数据库 前10条
1 李巍;基于转录组学的紫花苜蓿抗寒分子机制研究[D];哈尔滨师范大学;2018年
2 张峰;基于特征选择和拓扑分析的基因调控网络重构研究[D];浙江大学;2018年
3 吕朝磊;糖尿病并发症基因调控网络的构建与组合药物设计[D];北京中医药大学;2018年
4 李志然;基于互信息基因调控网络构建及其在甲状腺肿瘤基因分析中应用的研究[D];吉林大学;2017年
5 李晓华;基于数据集成的基因调控网络构建[D];苏州大学;2012年
6 王雯;动静态基因调控网络构建方法研究与分析[D];电子科技大学;2010年
7 张闻;隐马尔可夫模型在基因调控网络建模中的应用[D];西安理工大学;2010年
8 刘树霞;针对不同数据构建基因调控网络[D];中国海洋大学;2014年
9 刘彩霞;耦合的合成基因调控网络动力学分析[D];河南大学;2014年
10 周英;基因调控网络的保成本控制[D];黑龙江大学;2013年
中国重要报纸全文数据库 前6条
1 秦岭;[N];中国知识产权报;2009年
2 任海军;[N];粮油市场报;2009年
3 记者 冯卫东;[N];科技日报;2013年
4 向杰;[N];科技日报;2006年
5 冯卫东;[N];山东科技报;2013年
6 本报记者 马爱平;[N];科技日报;2015年
 快捷付款方式  订购知网充值卡  订购热线  帮助中心
  • 400-819-9993
  • 010-62982499
  • 010-62783978


{bck}| {bck体育官网}| {bck体育下载}| {bck体育app}| {bck体育}| {bckbet}| {bcksports}| {bck官网}| {bck}| {bck体育官网}| {bck体育下载}| {bck体育app}| {bck体育}| {bck}| {bck体育官网}| {bck体育下载}| {bck体育app}| {bck体育}| {bckbet}| {bcksports}| {bck官网}| {bck}| {bck体育下载}| {bck体育}| {bckbet}| {bcksports}| {bck官网}| {bck}| {bck体育下载}| {bck体育app}| {bck体育}| {bckbet}| {bck体育下载}| {bck体育app}| {bck体育}| {bckbet}| {bcksports}| {bck体育下载}| {bckbet}| {bcksports}| {bck体育官网}| {bck体育下载}| {bck体育app}| {bck体育}| {bck官网}| {bck体育下载}| {bckbet}| {bcksports}| {bck官网}| {bck体育app}| {bck体育}| {bcksports}| {bck官网}| {bck体育下载}| {bck体育}| {bckbet}| {bcksports}| {bck官网}| {bck体育}| {bcksports}| {bck官网}| {bck体育官网}| {bck体育下载}| {bck体育}| {bckbet}| {bcksports}| {bck}| {bck体育官网}| {bck体育下载}| {bck体育app}| {bck体育}| {bckbet}| {bck官网}| {bck}| {bck体育官网}| {bck体育下载}| {bck体育app}| {bcksports}| {bck官网}| {bck}| {bck体育官网}| {bcksports}| {bck体育下载}| {bck体育app}| {bckbet}|
{uc8}| {uc8体育}| {uc8官网}| {uc8老虎机}| {UC8娱乐城}| {uc8彩票}| {uc8}| {uc体育}| {uc8体育}| {UC体育}| {uc8官网}| {uc8老虎机}| {uc8体育}| {UC体育}| {uc8老虎机}| {uc8老虎机}| {UC8娱乐}| {uc8}| {uc体育}| {uc8体育}| {UC体育}| {uc8老虎机}| {uc8彩票}| {uc8}| {uc8体育}| {UC体育}| {uc8官网}| {UC8娱乐}| {UC8娱乐城}| {uc8}| {uc体育}| {uc8体育}| {UC体育}| {uc8官网}| {uc8老虎机}| {UC8娱乐}| {UC8娱乐城}| {uc8}| {uc体育}| {uc8体育}| {UC体育}| {uc8官网}| {uc8老虎机}| {UC8娱乐}| {UC8娱乐城}| {uc8}| {uc体育}| {uc8体育}| {UC体育}| {uc8官网}| {uc8老虎机}| {UC8娱乐}| {uc8彩票}| {uc8}| {uc体育}| {UC体育}| {UC8娱乐城}| {uc8}| {UC体育}| {uc8官网}| {uc8老虎机}| {uc8}| {uc体育}| {uc8体育}| {UC体育}| {uc8官网}| {uc8老虎机}| {UC8娱乐}| {UC8娱乐城}|