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《山东科技大学》 2010年
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刺激下拟南芥基因逻辑网络构建与分析

苏延森  
【摘要】:复杂系统的结构决定系统的整体功能,对复杂系统建立复杂网络的数学模型是研究复杂系统功能的一种重要的理论方法。依照系统生物学观点,建立基因组的网络模型,特别是建立含高阶逻辑的逻辑网络,通过逻辑因果性分析阐述拟南芥生理反应的机理有重要的意义。本文从NCBI、EBI基因表达数据库中搜集拟南芥在正常条件下(对照组)和在短光照、长光照、病菌、盐四种刺激条件下(实验组Ⅰ,Ⅱ,Ⅲ,Ⅳ)的数据,整合同一生长条件下的拟南芥基因组表达数据,并基于这些数据得到抽象基因。利用系统发生谱的逻辑分析方法逆向构建抽象基因组网络模型,特别是建立含高阶逻辑的逻辑网络,通过对网络结构进行比对和分析,发现实验组与对照组网络的二阶逻辑类型分布和社团化结构都有显著差异:对照组逻辑网络只存在第3类二阶逻辑,而实验组存在除第7、8类以外的所有二阶逻辑类型;对照组逻辑网络的社团结构较实验组明显。进而构建文中定义的纲领基因逻辑网络并进行动力学模拟,通过比对动力学模型的状态稳定性发现实验组与对照组网络存在明显差异:对照组吸引子总数少于各实验组,对照组中具有较大规模吸引域的一周期吸子数目远远高于各实验组。上述网络建模与模型分析方法用于其他植物刺激下的数据表达谱时,对于理解基因组应对刺激的内在机理研究应该具有普遍的意义。
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