本文關鍵詞：λ噬菌體侵染大腸桿菌的基因調(diào)控網(wǎng)絡建模與分析

  更多相關文章： λ噬菌體 突變體 溶源/裂解轉(zhuǎn)換 協(xié)同性 熵

【摘要】：λ噬菌體侵染大腸桿菌的基因調(diào)控網(wǎng)絡研究是在分子水平上研究基因調(diào)控網(wǎng)絡甚至是調(diào)控網(wǎng)絡的典型案例,也是系統(tǒng)生物學和合成生物學的基礎性研究。因此,對該基因調(diào)控網(wǎng)絡的研究具有及其重要的意義。λ噬菌體侵染大腸桿菌后一般會進入以下兩種遺傳狀態(tài)之一:溶源狀態(tài)或裂解狀態(tài)。經(jīng)實驗和理論研究發(fā)現(xiàn)λ噬菌體侵染大腸桿菌的溶源狀態(tài)十分穩(wěn)定,甚至比其基因組的突變率還要穩(wěn)定。以往的研究中,一些實驗和理論研究模型已經(jīng)證明了因為高濃度抑制蛋白(CI2蛋白)的存在而使得野生型λ噬菌體(簡寫為WT)的溶源態(tài)變得及其穩(wěn)定。也有一些理論研究已經(jīng)發(fā)現(xiàn)一些λ噬菌體突變體也具有類似野生型λ噬菌體的雙穩(wěn)態(tài)及溶源/裂解轉(zhuǎn)換性質(zhì)。然而,由于缺乏理論研究和實驗研究的進一步深入研究,λ噬菌體侵染大腸桿菌的基因調(diào)控網(wǎng)絡的溶源狀態(tài)的穩(wěn)定性及其突變體的雙穩(wěn)態(tài)、轉(zhuǎn)換性質(zhì)和其他未知的生物學特性還需要更進一步地深入探究,以發(fā)現(xiàn)該網(wǎng)絡的其他特性和提供更加具有說服力的和綜合的證明依據(jù)。在本文中,我們通過了解和確定λ噬菌體侵染大腸桿菌的基因調(diào)控網(wǎng)絡系統(tǒng)中的重要組件,選取具有決定性的調(diào)控作用,弄清調(diào)節(jié)因子和操縱位點的相互作用機理,把一系列相互作用模擬成生化方程,最終依靠微分方程理論推導、求解生化方程,成功地構建了一個用于描述和研究野生型和突變體λ噬菌體侵染大腸桿菌的基因調(diào)控網(wǎng)的生物學行為和生命規(guī)律的基礎理論模型。通過該理論模型研究,我們發(fā)現(xiàn)野生型λ噬菌體和其突變體都具有雙穩(wěn)態(tài)行為和溶源/裂解轉(zhuǎn)換性質(zhì),該模型的理論預測結果同實驗發(fā)現(xiàn)是基本一致的。接著,我們研究CI2蛋白綁定到大腸桿菌右側操縱子的第一個位點(簡寫為OR1)和第二個位點(簡寫為OR2)的協(xié)同作用,發(fā)現(xiàn)該協(xié)同作用在野生型λ噬菌體系統(tǒng)溶源態(tài)的建立和維持中發(fā)揮著重要的作用。再者,我們也研究了在溶源態(tài)建立和維持中也發(fā)揮重要作用的CI2蛋白綁定到左、右操縱子(簡寫為OL、OR)的協(xié)同性。結果我們發(fā)現(xiàn)CI2蛋白的這兩種重要協(xié)同作用是使得溶源態(tài)及其穩(wěn)定的重要原因。最后,我們從信息熵的熱力學角度研究了該模型中的三種狀態(tài):溶源態(tài)、裂解態(tài)和鞍點的熱力學性質(zhì),并推測鞍點的熵最高,裂解態(tài)次之,溶源態(tài)最低。研究結果與我們推測的結果基本上是一致的。因為復雜的生命體都有熵增加的趨勢,所以它必須從環(huán)境中吸取負熵以中和正熵的產(chǎn)生,使系統(tǒng)達到穩(wěn)定有序的狀態(tài)。λ噬菌體侵染大腸桿菌的溶源態(tài)是最穩(wěn)定有序的,因此我們從熵的物理學角度進一步證明了溶源態(tài)如此穩(wěn)定的原因,這也從另一方面論證了薛定諤“生命是以負熵為生的”觀點。我們的研究結果將給其他研究λ噬菌體侵染大腸桿菌的基因調(diào)控網(wǎng)絡的科研工作者提供新的理論依據(jù)、研究方法和啟示。在某些方面的研究也可為實驗研究者節(jié)省時間和花費。
【關鍵詞】：λ噬菌體 突變體 溶源/裂解轉(zhuǎn)換 協(xié)同性 熵
【學位授予單位】：電子科技大學
【學位級別】：碩士
【學位授予年份】：2016
【分類號】：Q78
【目錄】：

• 摘要5-7
• ABSTRACT7-10
• 第一章 緒論10-17
• 1.1 系統(tǒng)生物學簡介10-11
• 1.2 λ噬菌體與大腸桿菌簡介11-12
• 1.3 λ噬菌體基因調(diào)控網(wǎng)絡的研究現(xiàn)狀12-15
• 1.4 本論文的主要工作和結構安排15-17
• 第二章 λ噬菌體基因調(diào)控網(wǎng)絡介紹17-24
• 2.1 調(diào)控網(wǎng)絡重要調(diào)控蛋白介紹17-18
• 2.2 調(diào)控網(wǎng)絡左、右操縱子介紹18
• 2.3 調(diào)控網(wǎng)絡溶源態(tài)調(diào)控機理18-20
• 2.4 調(diào)控網(wǎng)絡裂解態(tài)調(diào)控機理20
• 2.5 λ噬菌體的突變體介紹20-23
• 2.6 本章小結23-24
• 第三章 理論模型建立24-30
• 3.1 調(diào)控蛋白與操縱位點相互作用結合態(tài)及能量計算24-26
• 3.2 調(diào)控蛋白與操縱位點相互作用概率與配分函數(shù)26-27
• 3.3 微分方程理論構建模型27-29
• 3.4 系統(tǒng)信息熵計算29
• 3.5 本章小結29-30
• 第四章 結果與討論30-42
• 4.1 結果30-40
• 4.1.1 建模結果30-34
• 4.1.2 溶源態(tài)穩(wěn)定性分析34-37
• 4.1.3 系統(tǒng)熵分析37-40
• 4.2 討論40-42
• 第五章 總結與展望42-45
• 5.1 本文工作總結42-43
• 5.2 展望43-45
• 致謝45-46
• 參考文獻46-52
• 攻讀碩士學位期間取得的科研成果52-53
• 附錄53-54

，

本文編號：938388