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几种基因调控网络的比较

艾对元  
【摘要】: 随着高通量生物学技术的发展与普及,系统生物学得以建立,并且迅速发展。本文简要介绍了系统生物学的概念,基本方法,研究内容。复杂网络理论的建立使得许多生物问题都找到了数学方法,促使生物系统网络模型构建起来,如生态网络、代谢网络、蛋白质网络以及基因调控网络。复杂网络模型将各种生物系统抽象成网络,通过对这种网络的分析和研究,获得生物体结构和功能的信息和新认识。更进一步,通过模拟构建好的理论模型,可以观察该模型的动力学性质及演化过程,这样,就能从最为本质的层面揭示生命的活动规律。 目前,很多有机体的全部或局部基因调控网络已经被揭示出来。那么,这些网络有什么共性与差别呢?本文分析了病毒,大肠杆菌,酵母菌,海马以及人的一些局部基因调控网络,主要从生物学、系统性上分析其调控机制的异同。然后根据复杂网络理论,收集上述5种模式生物的基因调控网络模型,或者从其基因表达数据来推断它们在特定条件下的调控网络。进而比较了这几种网络的拓扑性质,从而对生物体如何通过基因调控网络来控制遗传表达的认识更深入一层。 复杂网络的网络属性可以通过网络图型和特征参数来评估,主要参数有网络的度及度分布,平均最短路径,团聚系数,向心系数以及鲁棒性和稳定性。总结上述几种模式生物基因调控网络图型,并且统计它们的特征参数,可以得出:这几种生物的基因调控网络基本属于无标度网络,度分布符合幂函数分布。其中幂函数指数介于1至2.5之间。平均路径都比较小,具有小世界网络效应。团聚系数比随机网络要大,说明基因之间的相互联系比较紧密。这些特征有利于生物信息在整个网络上的传播。基因调控网络的最主要特点是网络成份的异质性和系统多层次、多尺度的复杂性,上述几种生物的调控网络都存在典型的分层级联调控结构,而且明显存在少数高联通度的网络中枢(hub),这也是网络鲁棒性与脆弱性共生的来源。


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