大腸桿菌基因調(diào)控網(wǎng)絡(luò)初探.pdf

1、隨著人類基因組計劃及許多模式生物測序工程的相繼完成，導致了“海量”的生物序列數(shù)據(jù)。然而數(shù)據(jù)并不等于信息，并且通過對生物功能的分析，發(fā)現(xiàn)基因與蛋白質(zhì)很少單獨起作用，而是傾向于成組地通過網(wǎng)狀的交互作用而影響生物系統(tǒng)的功能，因此基因組的研究也從結(jié)構(gòu)基因組轉(zhuǎn)向了功能基因組的研究，通過對基因組的分析來了解生物系統(tǒng)的功能已成為后基因組時代的主要目標。開發(fā)并利用有效的數(shù)據(jù)分析工具，將序列信息轉(zhuǎn)換成生物化學和生理學知識，弄清它們所蘊涵的結(jié)構(gòu)和功能信息，

2、徹底了解它們所代表的生物學意義，是后基因組學研究的關(guān)鍵所在。在后基因組學中，所面臨的其中一個重大挑戰(zhàn)是如何理解基因、蛋白質(zhì)、RNA分子等之間通過復雜的相互依賴關(guān)系而交織在一起的相互作用網(wǎng)絡(luò)，其中包括眾所周知的基因調(diào)控網(wǎng)絡(luò)，這是一個嶄新的研究領(lǐng)域。本文的主要內(nèi)容是針對這種復雜的調(diào)控網(wǎng)絡(luò)做了一些初步的探索和研究，這里分以下兩大部分來研究：一、從局部層次上來研究，主要是針對大腸桿菌基因調(diào)控元件——啟動子的預(yù)測；二、從全局層次上來研究大腸桿菌基

3、因調(diào)控網(wǎng)絡(luò)的拓撲結(jié)構(gòu)、特性等性質(zhì)以及提出相應(yīng)的模型。 本文第一章扼要地介紹了生物信息學、后基因組學研究的主要內(nèi)涵，說明本課題研究的學術(shù)意義和應(yīng)用價值，并對本課題的主要研究內(nèi)容——基因調(diào)控網(wǎng)絡(luò)作了扼要的闡述，包括研究的內(nèi)容、意義、難點及國內(nèi)外研究的現(xiàn)狀。 本文第二章對課題研究所需要用到的生物學背景知識作了比較詳細的介紹，主要是介紹了基因調(diào)控元件——啟動子，由于本文是針對大腸桿菌這種原核生物(也是一種模式生物)的基因調(diào)控

4、網(wǎng)絡(luò)進行研究，因此在本章中主要介紹了原核生物啟動子，并詳細地對原核生物啟動子(以大腸桿菌為例)做了序列分析，它是第三章研究的前提。另外也簡單地介紹了真核生物啟動子及其它相關(guān)的基因調(diào)控元件，它們相對復雜，也是今后研究的方向所在。 本文第三章是針對基因調(diào)控網(wǎng)絡(luò)的元件——啟動子來研究的，圍繞神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)這種智能算法來預(yù)測大腸桿菌的啟動子。首先扼要地介紹了神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的定義及優(yōu)缺點；其次對基于知識的神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)(KBANN)及域理論在啟動子預(yù)測方

5、面提出了改進的算法，并用C++程序?qū)崿F(xiàn)，改進的算法與其它算法的預(yù)測結(jié)果相比較，其提高了預(yù)測的準確性，這是本章的主要工作之一。 本文的第四章是從整體性的角度來研究大腸桿菌基因調(diào)控網(wǎng)絡(luò)，主要方法是引進近來提出的無標度網(wǎng)。本章首先介紹了復雜網(wǎng)絡(luò)及其研究的困難；其次介紹了由Barabási等人提出的BA模型，并獨立編寫了BA模型模擬演化程序；再者利用Pajek軟件對大腸桿菌轉(zhuǎn)錄因子之間相互作用網(wǎng)絡(luò)做了分析，并與自行編寫的ER模型、BA