收藏本站
收藏 | 手机打开
二维码
手机客户端打开本文

基于微分方程模型构建基因调控网络的研究

沈威  
【摘要】:近年来,不断发展的cDNA序列和寡聚核苷酸序列测定技术,已经让基因组层面上的大规模mRNA表达水平的测量成为可能,得到大量基因表达数据。借助于生物信息学方法,初步筛选海量的基因表达数据,找出相互作用的基因,预测基因调控网络已成为生物学领域的重要研究内容。目前,预测基因调控网络方法主要分为两步:首先使用聚类方法将海量基因表达数据分成几十个或上百个小规模的基因类,然后通过逆向工程方法在小范围内构建基因调控网络。 目前所使用的聚类算法和逆向工程方法都存在着算法精度不足且运算时间过长的问题。本文主要针对以上问题进行了较为深入的研究,主要的研究内容如下: (1)基于多数据源融合的双聚类算法PGAB 基因表达数据通常被描述为二维矩阵形式,其中的一维表示的是基因,另一维表示条件,矩阵中的任意一个数据都表示一个特定条件下的mRNA的相对表达丰度。为了能够识别出更多更精确的基因表达行为及其特征,需要一个局部的模块化。本文提出了一个通用的双聚类方法,该双聚类算法改进了残基评价函数,使之符合随机类启发式搜索优化算法;首次在双聚类问题上引入并行免疫遗传算法来进行评价函数的优化计算,使之大幅度改进寻优算法的收敛效果,提高全局收敛的概率。将本算法应用于斯坦福大学酵母细胞周期表达数据库中Spellman的基因表达谱数据,与传统遗传算法优化的双聚类结果进行比较,验证了本算法在双聚类准确度上的优势。 (2)基于SVD框架的微分方程模型构建基因调控网络 双聚类算法运行结束后,在小规模靶基因群体结果中,利用微分方程模型进行基因调控网络构建。但此模型需要搜索的解空间范围,涵盖所有满足方程组条件的实数空间,因此需使用奇异值分解方法来缩小解空间范围。但是奇异值分解方法可能不会非常准确地预测出连接矩阵,不能直接用于预测基因网络,必须要附加其他方法,比如生物学知识或微分方程模型。本文提出了一种基于SVD框架的微分方程模型的基因调控网络构建算法。该方法主要是在网络构建算法运行之前使用奇异值分解方法,并结合早期基因调控网络和生物信息学数据库的研究数据,完善了原有的网络结构。首先使用奇异值分解方法来构建侯选解集合,然后通过相应数据来回归分析识别出这个解决方案的最稀疏矩阵。在每一次得到网络权值矩阵时均进行SVD通解验证,如通过则接受,否则重新计算。通过模拟数据和真实数据的实验结果,并对比其他传统微分方程模型算法,验证了本文算法在缩短运算时间和提高结果精度的执行效率。 (3)基于OPSO方法的微分方程模型构建基因调控网络 本文在网络构建过程中改进了传统的粒子群算法。该改进算法可以根据给定方程求出最优解,并可以用来找到给定基因的相应调控网络。此外,改进算法可以很大程度上避免陷入局部最优解。模拟数据和酵母细胞周期的基因表达数据被用来测定算法的执行效率,将该运行结果与传统遗传算法和传统粒子群算法的执行结果进行比较,证明了改进粒子群算法具有很高的执行效率。


知网文化
【相似文献】
中国期刊全文数据库 前20条
1 刘齐军;王正华;刘万霖;李栋;贺福初;朱云平;;一种基于基因表达模型识别酵母细胞周期条件特异调控子网的方法(英文)[J];生物化学与生物物理进展;2010年04期
2 刘岭;易东;;基因调控网络建立的生物动力学方程研究[J];第三军医大学学报;2007年08期
3 罗琦;袁焱;;基于Lotka-Volterra方程的基因调控网络的稳定性分析[J];南京信息工程大学学报(自然科学版);2010年02期
4 束永俊;李勇;朱延明;;基于组学数据构建基因调控网络[J];生物信息学;2010年03期
5 孙保炬;;饮酒后血液中酒精含量的数学模型[J];浙江水利水电专科学校学报;2006年01期
6 李嘉旭;范弘毅;姜天来;陈秀东;;一类多分子反应微分方程模型的定性分析[J];生物数学学报;1990年02期
7 雷耀山,王翼飞;用FCM聚类和非参数回归方法推断基因调控网络[J];上海大学学报(自然科学版);2005年01期
8 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
9 艾对元;;基因组中重复序列的意义[J];生命的化学;2008年03期
10 王珏;吴垠;陈欢;;芯片数据分析进展[J];科技风;2009年12期
11 徐定华;葛美宝;;论微分方程课程的教学设计[J];大学数学;2010年03期
12 徐挺;尹大强;;小分子RNA及其在化学品毒理学中应用的展望[J];环境化学;2011年01期
13 王庚;张珠宝;;数学建模融入微积分教学单元[J];大学数学;2006年04期
14 应文豪;王士同;;使用稳态系统和粒群优化算法进行基因调控网络推断[J];计算机应用与软件;2009年03期
15 陈颖;汪旭升;许玲莉;沈勤;王晓冬;陆璐;;基因表达数量性状定位的研究进展[J];生命科学;2009年01期
16 徐挺;赵静;胡霞林;尹大强;;环境污染物发育毒性机制研究的系统生物学方法进展[J];生态毒理学报;2011年01期
17 王拉娣;生猪存栏数的微分方程模型及其分析[J];山西财经大学学报;1990年04期
18 薛正亮 ,季建华;对合作关系的系统分析与评价[J];技术经济与管理研究;2002年06期
19 曲娜;化存才;;高校毕业生就业率的一个微分方程定量模型[J];云南大学学报(自然科学版);2007年S1期
20 余兰萍;陈茜;;具有年龄结构的结核病模型的平衡解[J];数学理论与应用;2007年04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 蔡德培;;环境内分泌干扰物对垂体-性腺轴相关的基因调控网络的不良影响及其中药治疗的拮抗作用[A];中国生理学会消化内分泌生殖代谢生理专业委员会2011年消化内分泌生殖学术会议论文摘要汇编[C];2011年
3 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
4 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
5 赵新生;张春峰;李苏军;;渡海登岛作战炮兵火力运用方案的动态评估模型[A];2002中国控制与决策学术年会论文集[C];2002年
6 齐金鹏;邵世煌;白慧;李豆豆;;基于DNA损伤的p53基因调控网络模型研究[A];2006全国复杂网络学术会议论文集[C];2006年
7 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
8 李奎;;小型猪2型糖尿病动物模型的建立及2型糖尿病相关关键基因调控网络的初步研究[A];中国遗传学会模式生物与人类健康研讨会会议论文集[C];2010年
9 张虹;李进;;高层建筑沉降的灰色预测[A];“力学2000”学术大会论文集[C];2000年
10 侯睿;包振民;王师;王宸;李宁;王明玲;;中国沿海三种主要养殖扇贝的DNA甲基化分析[A];中国动物学会、中国海洋湖沼学会贝类学会分会第十四次学会研讨会论文摘要汇编[C];2009年
中国博士学位论文全文数据库 前10条
1 张律文;基因调控网络的数值研究[D];上海大学;2010年
2 徐红林;基因调控网络的建模及其结构分解方法研究[D];江南大学;2010年
3 王政霞;时滞基因调控网络的稳定性研究[D];重庆大学;2009年
4 周到;基因调控网络的构建及其动态性与稳定性研究[D];华中科技大学;2009年
5 张文兵;基因调控网络的随机动力学分析[D];东华大学;2012年
6 缑葵香;基于贝叶斯理论的基因调控网络建模研究[D];天津大学;2010年
7 张云俊;统计模型在基因调控网络结构学习和被动传感器目标定位中的应用[D];北京大学;2012年
8 贺勤斌;两个复杂系统中的相关问题研究[D];上海大学;2012年
9 张相华;基因网络分析的统计模型研究[D];中国科学技术大学;2011年
10 李逸尘;MiR-17-92对癌症网络中开关行为的影响[D];兰州大学;2011年
中国硕士学位论文全文数据库 前10条
1 张如贝;基于微分方程模型的基因调控网络稳定性分析[D];南京信息工程大学;2011年
2 郑明;用时滞微分方程模型重构基因调控网络[D];吉林大学;2010年
3 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
4 焦清局;拟南芥花药基因调控网络的构建[D];上海师范大学;2010年
5 苏兰莹;基于递归神经网络构建基因调控网络的研究[D];吉林大学;2010年
6 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
7 杨斌;微分方程系统在基因调控网络和代谢途径中的应用研究[D];济南大学;2010年
8 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
9 葛玲玲;基于动态贝叶斯模型的基因调控网络构建方法研究[D];合肥工业大学;2010年
10 潘为;基因调控网络的分析与控制[D];中国科学技术大学;2011年
中国重要报纸全文数据库 前10条
1 张建松 张学全;我国科学家揭示白血病治疗的基因调控网络[N];中国医药报;2000年
2 任海军;中国科学家发现稻米食用品质基因调控网络[N];粮油市场报;2009年
3 秦岭;我国科研人员发现决定稻米食用品质的基因调控网络[N];中国知识产权报;2009年
4 通讯员 戴世勇 记者 张孔生;稻米口味有望“调控”[N];扬州日报;2010年
5 记者 王宝琳;我首次采用基因组学技术研究中药[N];科技日报;2009年
6 新华;我国发现稻米品质控制基因调控网络[N];中国食品报;2009年
7 游雪晴 实习生 刘晓倩;寻找埋在“垃圾”中的财富[N];科技日报;2005年
8 ;春去花不落风静月长明[N];科技日报;2003年
9 记者 柳悦;“速效救心丸基因组”研究启动[N];天津日报;2009年
10 包含飞;中医学属于复杂性科学的6个理由[N];中国中医药报;2005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