论文部分内容阅读
在具有多层次、强关联、非线性等特征的生物系统中,单一物质不足以完成复杂的功能,生物通常是通过由许多相关物质相互作用构成的复杂网络来完成要行使的功能的。生物调控网络和生物功能之间存在着密切关系。研究生物网络与生物功能之间的关系,可以帮助我们深刻理解生物行使功能的机制,因此生物网络成为理论生物物理所研究的重要对象。 生物调控网络主要研究内容可以分为以下几个方面:生物调控网络的拓扑性质;生物调控网络的动力学性质;生物调控网络的功能;以及三个特性之间的相互依赖关系。 本文首先包括研究生物调控网络动力学性质的方向.构建了芽殖酵母减数分裂网络和交配网络,研究其动力学性质;然后将芽殖酵母的有丝分裂,减数分裂和交配网络综合为一个整体生命周期网络。通过研究芽殖酵母生命周期网络的动力学性质发现,生命周期网络有两个大的吸引子和两条大的吸引路径,说明生命周期网络结构具有健壮性。同时,本文发现与生命周期网路具有相同节点数和边数的随机网络中没有可以实现这种功能的结构,据此给出了生命周期网络进化是通过网络模块独立进化而后合并的推测。本文第二部分是上一问题的反问题,即从试验获得的调控网络的动力学轨迹和功能反向推断得到其拓扑结构。在此部分,本文首先介绍了使用布尔网络模型,根据网络动力学轨迹反推网络拓扑结构的方法。由于已有动力学路径提供信息不足,通常需要额外的实验提供更多信息。本文使用反向工程的方法,提出最大距离、路径熵及随机采样等方法,通过比较,发现随机采样是其中效果较好和时间复杂度较低的方法。从而得到设计实验的优化策略,使得再次实验所能提供的信息最多,能更有效的推断网络结构。这也是本文重点。 本文第三部分内容是根据在研究反向工程的过程中发现的布尔网络模型的不足,提出另一种网络模型试图进行改进。该方法可以表示已知所有的生物分子间的相互作用关系,包括布尔模型不能表示的“逻辑与”相互作用,但同时也引入了另一些不便,有待更一步的改进。