發(fā)布時間：2021-08-06 14:11

　　解析基因調控網(wǎng)絡的結構對生物信息學至關重要,它為生物有機體的機理研究及功能分析提供了一個全新的分析工具�，F(xiàn)有許多推斷調控網(wǎng)絡的方法,但由于基因數(shù)據(jù)存在著大量直接或間接的調控關系,而基因表達數(shù)據(jù)的樣本數(shù)量卻非常少,這些問題導致現(xiàn)有重構基因調控網(wǎng)絡方法的識別率都十分有限。在系統(tǒng)生物學領域,從基因表達數(shù)據(jù)推斷基因調控網(wǎng)絡仍是一項挑戰(zhàn)。本文的研究重點是重構基因調控網(wǎng)絡方法和系統(tǒng),針對不同類型的基因表達數(shù)據(jù),分別構建基因調控網(wǎng)絡,提高算法的準確性和可靠性,并搭建基因調控網(wǎng)絡推斷系統(tǒng)。本論文主要內容包括以下幾方面:1.提出了基因靜態(tài)數(shù)據(jù)調控網(wǎng)絡推斷方法:針對靜態(tài)基因表達數(shù)據(jù),提出了包括分解過程、學習過程和融合過程的基因調控網(wǎng)絡推斷方法,應用隨機化和正則化解決模型過擬合問題,對初始權重增加歸一化和統(tǒng)計學方法處理,解決了初始建模所得權重不一致的問題,從而提高了模型的準確率和穩(wěn)定性。2.提出了基于先驗融合的基因時間序列數(shù)據(jù)調控網(wǎng)絡推斷方法:針對時間序列基因表達數(shù)據(jù),提出了Boosting的非線性模型和先驗信息融合的框架來構建基因調控網(wǎng)絡�？紤]了先前時間點基因表達的累積信息,同時將其它類型的數(shù)據(jù)作為先驗信... 

【文章來源】：中國科學院大學(中國科學院深圳先進技術研究院)廣東省

【文章頁數(shù)】：76 頁

【學位級別】：碩士

【部分圖文】：

基因調控網(wǎng)絡示例圖

第2章基因調控網(wǎng)絡相關技術第2章基因調控網(wǎng)絡相關技術基因調控網(wǎng)絡的技術應用給人類健康和植物科學等研究領域帶來了創(chuàng)新，加強了人類對基因功能的了解和應用，對于解決臨床醫(yī)學、疾病治療、藥物研發(fā)等醫(yī)學問題有很大的潛力。本章介紹了基因調控網(wǎng)絡的基本概念，并介紹了現(xiàn)有四大類別研究方法：基于關聯(lián)分析、信息論、微分方程和集成回歸的方法，介紹了調控網(wǎng)絡算法評估方法，最后提出了本文的研究框架。2.1基因調控網(wǎng)絡重構基因調控網(wǎng)絡研究是一個典型的交叉學科研究問題，需要將分子生物學、計算機科學和數(shù)學相融合，共同去解決生物學問題。生物信息學的出現(xiàn)為龐大信息的提取提供了強大的技術平臺，主要包括對生物數(shù)據(jù)的存儲、處理、分析和整合等[36]。因為基因調控網(wǎng)絡的研究是多學科的，故接下來將分別對基因表達、基因調控網(wǎng)絡和基因調控網(wǎng)絡的重構等生物相關的基本知識進行介紹。2.1.1基因表達基因表達是細胞將DNA中的指令轉化為功能性產(chǎn)物（如蛋白質）的過程，如圖2.1描述了生物分子如DNA、RNA和蛋白質之間的關系，信息儲存在DNA中，加工成RNA，然后轉化成蛋白質，通過信息本身的復制和傳播的循環(huán)過程來執(zhí)行若干功能。這種通過RNA轉錄從DNA到蛋白質的信息流被定義為分子生物學的“中心法則”[37]。圖2.1分子生物學中的中心法則Figure2.1Thecentrallawinmolecularbiology7

基因表達數(shù)據(jù)調控網(wǎng)絡重構方法研究越來越多的生物系統(tǒng)知識表明，轉錄是在復雜的基因表達網(wǎng)絡中進行的活細胞的分子過程的結構[38]。因此，生物體的復雜性是基因表達調控的多層次、動態(tài)控制網(wǎng)絡的結果[39]，它形成并維持個體表型，同時調節(jié)對環(huán)境變化的適應性反應[40]。轉錄調控是一個基本的生物學過程，為了了解其分子成分如何協(xié)同調節(jié)基因表達水平，該領域研究學者都在致力于對其進行解剖并確定其關鍵角色[41]�；虮磉_是一個嚴格調控的過程，其允許細胞對其變化的環(huán)境作出反應，在制造蛋白質的過程中，有兩個關鍵步驟：轉錄和翻譯[42]。轉錄是指基因中的DNA被復制產(chǎn)生一種稱為信使RNA（mRNA）的RNA轉錄物，這是由一種稱為RNA聚合酶的酶進行的，這種酶利用細胞核中的有效堿基形成mRNA。RNA是一種結構和性質與DNA相似的化學物質，但它只有一個堿基鏈，而不是堿基胸腺嘧啶，RNA有一個堿基叫做uraci。圖2.2DNA水平上的基因表達調控關系Figure2.2GeneexpressionregulationattheDNAlevel翻譯發(fā)生在信使RNA（mRNA）將轉錄的“信息”從DNA傳送到細胞內的蛋白質制造工廠（核糖體）之后。信使核糖核酸攜帶的信息由一種稱為轉移核糖核酸（tRNA）的載體分子讀取[42]。mRNA一次讀取三個字母（密碼子），每個密碼子指定一個特定的氨基酸，每一種氨基酸都被特別地附著在它自己的tRNA分子上，當讀取mRNA序列時，每個tRNA分子將其氨基酸傳遞給核糖體，并暫時與mRNA分子上相應的密碼子結合。一旦tRNA被結合，它就會釋放出它的氨基酸，而相鄰的氨基酸都結合在一起形成一條長鏈，稱為多肽，這個過程一直持續(xù)到蛋白質形成�；虮磉_調控是指圍繞基因表達過程中發(fā)生的各種各樣的調節(jié)方式。它主8

【參考文獻】：
期刊論文
[1]基于XGBoost的基因靜態(tài)數(shù)據(jù)調控網(wǎng)絡推斷方法[J]. 車丹丹,郭順,姜青山.  集成技術. 2020(02)
[2]基因調控網(wǎng)絡的生物信息學研究[J]. 雷耀山,史定華,王翼飛.  自然雜志. 2004(01)

碩士論文
[1]基因表達調控網(wǎng)絡的構建方法研究[D]. 王敏.電子科技大學 2008



本文編號：3325918