發(fā)布時間：2018-04-12 06:52

  本文選題：基因調(diào)控網(wǎng)絡 + 多吸引��； 參考：《華中科技大學》2016年博士論文

【摘要】：基因調(diào)控網(wǎng)絡是指細胞內(nèi)(或特定一個基因組內(nèi))由RNA, DNA和蛋白質(zhì)等物質(zhì)通過相互抑制或激活而形成的復雜網(wǎng)絡,用以在分子水平上描述基因和基因之間的相互作用關系及其動力學行為。眾所周知,多樣性是生物系統(tǒng)的基本特征。生物的多樣性本質(zhì)上是由基因調(diào)控網(wǎng)絡的動力學行為及其演化過程的多吸引性導致的。從復雜網(wǎng)絡的角度看,每個細胞都是一個復雜的動力學系統(tǒng),細胞內(nèi)各物質(zhì)相互作用,系統(tǒng)可能會呈現(xiàn)多吸引的演化過程,即穩(wěn)定、分岔、極限環(huán)、混沌、脈沖、同步、群集等多種不同的演化行為或者多種演化行為共存。從復雜網(wǎng)絡的角度研究生物系統(tǒng)的多樣性,探求其背后的演化機制具有非常重要的意義。本論文主要是分析了幾類典型基因調(diào)控網(wǎng)絡的穩(wěn)定性和分岔行為,其中包括帶有混合時滯的環(huán)狀基因調(diào)控網(wǎng)絡、正驅(qū)動雙負反饋環(huán)、耦合repressilator阻滯器網(wǎng)絡、耦合環(huán)狀基因調(diào)控網(wǎng)絡和一類多吸引子基因模體等,研究了分析了它們各自不同的多吸引性動力學演化規(guī)律。同時,本文也提出了一種復雜網(wǎng)絡的多同步概念,并發(fā)展了一種部分脈沖控制策略來實現(xiàn)耦合異質(zhì)基因振子網(wǎng)絡的多同步動力學演化行為。本文的主要內(nèi)容和創(chuàng)新點概括如下：帶有混合時滯的環(huán)狀基因調(diào)控網(wǎng)絡穩(wěn)定性與分岔分析。環(huán)狀基因調(diào)控網(wǎng)絡是基因調(diào)控網(wǎng)絡中的重要結(jié)構。本文研究了混合時滯(分布和離散時滯)下不同正負增益時環(huán)狀基因調(diào)控網(wǎng)絡的穩(wěn)定性和分岔行為,解釋了網(wǎng)絡增益、網(wǎng)絡規(guī)模、生化參數(shù)及時滯類型對系統(tǒng)穩(wěn)定性的作用,給出了系統(tǒng)出現(xiàn)Saddle-node分岔和Hopf分岔行為時系統(tǒng)相關因素滿足的條件。兩類典型的耦合時滯網(wǎng)絡多樣性動力學分析。本文研究了自驅(qū)動雙負反饋環(huán)模體的雙穩(wěn)定性,得到了該模體多平衡點存在及任意平衡點處系統(tǒng)局部穩(wěn)定的充要條件,解釋了各生化參數(shù)及初始條件對系統(tǒng)雙穩(wěn)定性存在的作用：同時也研究了耦合repressilator阻滯器網(wǎng)絡因耦合時滯引起的多Hopf分岔現(xiàn)象,說明了耦合方式和耦合時滯對復雜基因調(diào)控網(wǎng)絡的多周期節(jié)律行為的作用,進一步加深了我們對基因調(diào)控網(wǎng)絡動力學行為機制的認識。帶有離散時滯的耦合環(huán)狀基因調(diào)控網(wǎng)絡的多吸引性分析。本文以環(huán)狀基因網(wǎng)絡為單位,通過直接的相互抑制耦合作用,構造了含離散時滯的復雜基因調(diào)控網(wǎng)絡。研究發(fā)現(xiàn),當該復雜網(wǎng)絡的構成單位為負增益時,耦合系統(tǒng)只存在唯一平衡點,系統(tǒng)有可能出現(xiàn)多Hopf分岔行為；而當復雜網(wǎng)絡的構成單位為正增益時,系統(tǒng)有可能出現(xiàn)多個平衡點,并呈現(xiàn)多穩(wěn)定的動力學現(xiàn)象。多吸引子模體動力學分析。模體是復雜網(wǎng)絡結(jié)構的基本組成單位,其出現(xiàn)的頻率比隨機網(wǎng)絡中高,且對實現(xiàn)某種特定的生物功能具有重要意義。本文研究了一類基因調(diào)控網(wǎng)絡多吸引子模體,該模體由兩個負反饋環(huán)和一個自驅(qū)動作用構成,在不同的參數(shù)與初始條件下,會呈現(xiàn)出點吸引子(同時也是結(jié)構切換吸引子)、周期吸引子和混沌吸引子等多種復雜的動力學行為。這些基因模體便于以人工基因回路的形式實現(xiàn),有助于加深對基因調(diào)控網(wǎng)絡多樣化的動力學演化過程的理解。異質(zhì)基因振子網(wǎng)絡的多同步行為及部分脈沖控制。針對現(xiàn)有若干同步概念的不足,本文提出了多同步的定義,包含了完全同步、群同步、準同步等多種復雜動力學行為。提出了一種部分脈沖控制協(xié)議。該協(xié)議結(jié)合了牽引控制和脈沖控制的優(yōu)點,只對每個振子的部分變量進行脈沖式離散控制。最后利用李雅普諾夫穩(wěn)定性理論,證明了部分脈沖控制方法對異質(zhì)耦合基因振子網(wǎng)絡的有效性,給出了基因網(wǎng)絡實現(xiàn)多同步時,部分脈沖控制強度、控制點的數(shù)目以及脈沖時間間隔需要滿足的條件。最后,對全文的主要工作和創(chuàng)新點進行了總結(jié),同時提出了若干值得進一步研究的問題。
[Abstract]:In this paper , we study the stability and bifurcation behavior of a complex network .
This paper studies a kind of multi - attraction sub - mould body , which is composed of two negative feedback loops and one self - driving function .

【學位授予單位】：華中科技大學
【學位級別】：博士
【學位授予年份】：2016
【分類號】：Q811.4;O157.5

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本文編號：1738635