基于軟計算的基因調控網絡應用研究.pdf

1、功能基因組學的主要研究內容就是研究基因的表達調控機制，研究基因在生物體代謝途徑中的地位，分析基因、基因產物之間的相互作用關系、繪制基因調控網絡圖。近幾年發(fā)展起來的DNA微陣列技術可以得到大量的時序基因表達數據，這就為這些研究奠定了基礎。另外，為了從分子水平上理解生物體功能，需要知道生物體中有哪些基因被表達、在哪里被表達、什么時候表達，以及表達的程度如何等。基因表達的調控是通過基因調控系統(tǒng)實現的，而該系統(tǒng)的結構又由DNA、RNA、蛋白質及

2、小分子之間的關系網絡決定。這個網絡含有多類成分，調控關系較為復雜，因此引入有效的模型和高效的計算方法來進行研究就顯得必不可少。 本文回顧了基因表達調控的原理以及現有的一些基因調控網絡模型，比如布爾網絡模型、線性微分方程模型、貝葉斯網絡模型及遞歸神經網絡模型等。本文同時回顧了軟計算理論的基本概念，并重點介紹了兩類進化計算的方法，即遺傳算法和粒群優(yōu)化算法。 在兩個基因調控網絡(一個是人造基因調控網絡，另一個是DNA修復網絡)

3、的時序基因表達數據的基礎上，本文結合軟計算方法對兩個模型展開了一系列的研究。一個是穩(wěn)態(tài)系統(tǒng)模型(S-system)，本文使用粒群優(yōu)化算法結合穩(wěn)態(tài)系統(tǒng)模型來確定基因間調控關系，實驗證明該方法具有快速收斂性，準確度也較高；另一個是基于慣性法則的微分動力學模型。由于基因調控網絡本身具有高度非線性的特征，本文對該模型加以改進，將非線性函數引入到該模型，并且證明該模型具有遞歸神經網絡的特征。實驗表明改進的方法有效的減少了模型本身的震蕩特性，仿真效