基因调控网络内涨落性质的理论研究.pdfVIP

摘要 摘要 随着21世纪科学技术的发展，人们已经能够完成生物全基因组的序列测定。 然而，对于基因之间是如何相互调控以实现复杂的生物功能，人们并没有得到统 一的规律。认识并解析复杂基因调控网络的构成及其动力学机制，已成为后基因 组时代生命科学中最具有挑战性的前沿课题之一。McAdams等人曾经说过，基 因表达过程是“噪声的事情”。随着基因网络的内涨落的起源和性质的研究，近 年来受到大量关注，人们对基因网络噪声问题的理解越来越深入。对噪声的来源， 噪声的表征和噪声的效应做了深入的研究，并从理论和实验两方面出发，都取得 了重大的突破。最近对噪声在体系中起到积极作用也成为热点。Paulsson从理论 出发，总结了基因网络的噪声，Elowitz提出了如何测量外噪声和内噪声的实验 方法，这些理论和实验极大地推动了我们对基因表达内涨落和随机性问题的理 解。然而，目前人们对于复杂基因网络的拓扑结构和基因表达产物的涨落性质之 间的关联，仍然缺乏规律性和系统的认识。因此，研究给定拓扑结构的复杂基因 网络的涨落性质，并进一步从涨落性质出发反推网络的结构，依然有相当重要的 实际意义。 基因网络重复率很高的子单元称为“网络模体”。各种基因网络或其模体有 的网络模体，在基因转录调控网络当中是非常常见的。研究表明果蝇的胚胎发芽 中，FFL的网络发挥至关重要的作用。FFL是一种三基因调控模型，X在调控Y 的同时，和Y一起调控着Z基因。因为调控方式分为正或负，FFL有8种调控 形式。其中4种是协同调控的，X对Z调控与X通过Y调控Z其最后作用效果 是一样的。4种是非协同调控，X对Z的调控与X通过Y调控Z，其作用时不 一样。最近有研究表明(PNAS2005)，对于单基因表达过程，若对转录过程进行 周期信号的调制，则基因表达产物的涨落同样会出现振荡，并且这种涨落对于泊 松分布的偏离，在特定的信号频率时出现明显的极大值，称之为“涨落共振 (Fluctuation Resonance)。基于此思想，我们应用线性涨落近似的理论方法，研 究了FFL网络体系的涨落共振行为，应用化学主方程和线性涨落近似，重点研 性。为我们提出了一种方法，可以利用基因网络单元对振荡信号的响应来得到一 些网络结构上的一些特性，使得对噪声在因为网络的一些性质更加深入的理解， 具有了实际的意义。 III 摘要 关键字： 内噪声前馈环路涨落共振随机性振荡信号基因网络 IV Abstract Abstract and fieldsinthe215‘ thedramaticadvancesinthescience With technology todetailedlistsofthe of researchhasled genes。 flurrygenomic century,the in field．For However，therearestill tobesolved problems biological examples， Researchof in networkand generegulation dynamicprope