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复杂基因逻辑网络的构建及其应用研究

作　者: 陈燕
导　师: 孟大志；薛毅
学　校: 北京工业大学
专　业: 运筹学与控制论
关键词: 生物信息学基因网络系统发生谱的逻辑分析(LAPP) 逻辑相关性动力学分析
分类号: Q811.4
类　型: 硕士论文
年　份: 2009年
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内容摘要

基因逻辑网络是国际上引人注目的新兴领域,已经渗透到数理、生命、工程等众多领域。数据分析和理论方法成为理论生物学研究中探索生物机理的重要途径,也是人类认识自然科学世界的重要工具。特别是对于基因复杂的功能系统,建立基因网络这种理论方法的意义更为突出。2004年,Bowers在蛋白质相互作用的分析中引入了高阶逻辑关系,从而建立了系统发生谱数据的逻辑分析(LAPP)的系统方法,可以揭示网络中元素之间的一些更深入的逻辑关系。LAPP和传统建立基因逻辑网络模型的方法不同,它给出了一个从复杂网络的元素(或部件)的表达数据出发,通过逻辑分析,找到元素之间的逻辑关联性的建模方法。这种方法能够从蛋白质表达谱数据出发,利用信息熵的算法发现两种蛋白对一种蛋白的联合作用,对于发现蛋白质之间的新的作用机理有重要意义。它对网络调控的发展有相当的意义。本文借鉴Bowers的LAPP方法,构建了拟南芥芽部基因在不同刺激下的逻辑网络,并对网络的动力学进行了分析,具体如下:理论上,改进原有发掘逻辑关系的U值算法,给出支持度的概念,以此得到更精确的结果。给出用基因逻辑网络解决实际问题的一般步骤。应用上,将复杂逻辑网络应用到拟南芥芽部数据上。在拟南芥的应用上,比较了在不同刺激下,拟南芥芽部的反应机制,给出未知蛋白的功能的推断方法和基因在芽部上的相互逻辑关系。对构建的拟南芥芽部基因逻辑网络进行了动力学分析,研究了基因调控路径。所有结果都指出,在生物系统中,结构决定功能。因此,基因逻辑网络可以更全面、更精确地表达了生物系统的结构,它有广泛的应用范围和研究空间。

全文目录

摘要  4-5
Abstract  5-8
第1章绪论  8-22
  1.1 基因逻辑网络  8-9
  1.2 系统发生谱的逻辑分析方法（LAPP）  9-12
  1.3 高阶逻辑方法  12-16
    1.3.1 贝叶斯方法  13-14
    1.3.2 概率方法  14
    1.3.3 数据挖掘方法  14-15
    1.3.4 三阶逻辑  15-16
    1.3.5 与取值有关的逻辑关系  16
  1.4 基因逻辑网络的应用  16-17
  1.5 拟南芥逻辑网络  17-20
  1.6 本文的工作  20-22
第2章拟南芥逆向基因网络的建立与分析  22-34
  2.1 样本和数据来源  22-23
  2.2 拟南芥相关（互信息）网络的构建  23-26
  2.3 基于LAPP 方法的拟南芥逻辑网络的构建  26-32
    2.3.1 数据的预处理  26
    2.3.2 拟南芥芽部基因逻辑网络  26-28
    2.3.3 基因高、低阶逻辑关系类型  28-30
    2.3.4 逻辑网络的显著性检验  30-32
  2.4 结论与讨论  32-34
第3章拟南芥基因调控网络的布尔动力学分析  34-47
  3.1 基因调控网络与布尔动力学简介  34-35
  3.2 拟南芥芽部基因调控网络的动力学分析  35-40
  3.3 拟南芥芽部基因网络的调控路径  40-45
  3.4 结论和讨论  45-47
第4章结论与进一步研究方向  47-49
  4.1 结论  47
  4.2 进一步研究方向  47-49
参考文献  49-52
附录  52-60
致谢  60

复杂基因逻辑网络的构建及其应用研究

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