基于軟計算的基因調(diào)控網(wǎng)絡(luò)應(yīng)用研究.pdf

1、功能基因組學(xué)的主要研究內(nèi)容就是研究基因的表達(dá)調(diào)控機(jī)制，研究基因在生物體代謝途徑中的地位，分析基因、基因產(chǎn)物之間的相互作用關(guān)系、繪制基因調(diào)控網(wǎng)絡(luò)圖。近幾年發(fā)展起來的DNA微陣列技術(shù)可以得到大量的時序基因表達(dá)數(shù)據(jù)，這就為這些研究奠定了基礎(chǔ)。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(dá)、在哪里被表達(dá)、什么時候表達(dá)，以及表達(dá)的程度如何等。基因表達(dá)的調(diào)控是通過基因調(diào)控系統(tǒng)實現(xiàn)的，而該系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)又由DNA、RNA、蛋白質(zhì)及

2、小分子之間的關(guān)系網(wǎng)絡(luò)決定。這個網(wǎng)絡(luò)含有多類成分，調(diào)控關(guān)系較為復(fù)雜，因此引入有效的模型和高效的計算方法來進(jìn)行研究就顯得必不可少。 本文回顧了基因表達(dá)調(diào)控的原理以及現(xiàn)有的一些基因調(diào)控網(wǎng)絡(luò)模型，比如布爾網(wǎng)絡(luò)模型、線性微分方程模型、貝葉斯網(wǎng)絡(luò)模型及遞歸神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)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(jìn)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(diào)控網(wǎng)絡(luò)(一個是人造基因調(diào)控網(wǎng)絡(luò)，另一個是DNA修復(fù)網(wǎng)絡(luò))

3、的時序基因表達(dá)數(shù)據(jù)的基礎(chǔ)上，本文結(jié)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(jié)合穩(wěn)態(tài)系統(tǒng)模型來確定基因間調(diào)控關(guān)系，實驗證明該方法具有快速收斂性，準(zhǔn)確度也較高；另一個是基于慣性法則的微分動力學(xué)模型。由于基因調(diào)控網(wǎng)絡(luò)本身具有高度非線性的特征，本文對該模型加以改進(jìn)，將非線性函數(shù)引入到該模型，并且證明該模型具有遞歸神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的特征。實驗表明改進(jìn)的方法有效的減少了模型本身的震蕩特性，仿真效