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

【摘要】：基因調(diào)控網(wǎng)絡(luò)是指細(xì)胞內(nèi)(或特定一個(gè)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(fù)雜網(wǎng)絡(luò),用以在分子水平上描述基因和基因之間的相互作用關(guān)系及其動力學(xué)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(luò)的動力學(xué)行為及其演化過程的多吸引性導(dǎo)致的。從復(fù)雜網(wǎng)絡(luò)的角度看,每個(gè)細(xì)胞都是一個(gè)復(fù)雜的動力學(xué)系統(tǒng),細(xì)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(fù)雜網(wǎng)絡(luò)的角度研究生物系統(tǒng)的多樣性,探求其背后的演化機(jī)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(luò)的穩(wěn)定性和分岔行為,其中包括帶有混合時(shí)滯的環(huán)狀基因調(diào)控網(wǎng)絡(luò)、正驅(qū)動雙負(fù)反饋環(huán)、耦合repressilator阻滯器網(wǎng)絡(luò)、耦合環(huán)狀基因調(diào)控網(wǎng)絡(luò)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(xué)演化規(guī)律。同時(shí),本文也提出了一種復(fù)雜網(wǎng)絡(luò)的多同步概念,并發(fā)展了一種部分脈沖控制策略來實(shí)現(xiàn)耦合異質(zhì)基因振子網(wǎng)絡(luò)的多同步動力學(xué)演化行為。本文的主要內(nèi)容和創(chuàng)新點(diǎn)概括如下：帶有混合時(shí)滯的環(huán)狀基因調(diào)控網(wǎng)絡(luò)穩(wěn)定性與分岔分析。環(huán)狀基因調(diào)控網(wǎng)絡(luò)是基因調(diào)控網(wǎng)絡(luò)中的重要結(jié)構(gòu)。本文研究了混合時(shí)滯(分布和離散時(shí)滯)下不同正負(fù)增益時(shí)環(huán)狀基因調(diào)控網(wǎng)絡(luò)的穩(wěn)定性和分岔行為,解釋了網(wǎng)絡(luò)增益、網(wǎng)絡(luò)規(guī)模、生化參數(shù)及時(shí)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(shí)系統(tǒng)相關(guān)因素滿足的條件。兩類典型的耦合時(shí)滯網(wǎng)絡(luò)多樣性動力學(xué)分析。本文研究了自驅(qū)動雙負(fù)反饋環(huán)模體的雙穩(wěn)定性,得到了該模體多平衡點(diǎn)存在及任意平衡點(diǎn)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(shí)也研究了耦合repressilator阻滯器網(wǎng)絡(luò)因耦合時(shí)滯引起的多Hopf分岔現(xiàn)象,說明了耦合方式和耦合時(shí)滯對復(fù)雜基因調(diào)控網(wǎng)絡(luò)的多周期節(jié)律行為的作用,進(jìn)一步加深了我們對基因調(diào)控網(wǎng)絡(luò)動力學(xué)行為機(jī)制的認(rèn)識。帶有離散時(shí)滯的耦合環(huán)狀基因調(diào)控網(wǎng)絡(luò)的多吸引性分析。本文以環(huán)狀基因網(wǎng)絡(luò)為單位,通過直接的相互抑制耦合作用,構(gòu)造了含離散時(shí)滯的復(fù)雜基因調(diào)控網(wǎng)絡(luò)。研究發(fā)現(xiàn),當(dāng)該復(fù)雜網(wǎng)絡(luò)的構(gòu)成單位為負(fù)增益時(shí),耦合系統(tǒng)只存在唯一平衡點(diǎn),系統(tǒng)有可能出現(xiàn)多Hopf分岔行為；而當(dāng)復(fù)雜網(wǎng)絡(luò)的構(gòu)成單位為正增益時(shí),系統(tǒng)有可能出現(xiàn)多個(gè)平衡點(diǎn),并呈現(xiàn)多穩(wěn)定的動力學(xué)現(xiàn)象。多吸引子模體動力學(xué)分析。模體是復(fù)雜網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)的基本組成單位,其出現(xiàn)的頻率比隨機(jī)網(wǎng)絡(luò)中高,且對實(shí)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(luò)多吸引子模體,該模體由兩個(gè)負(fù)反饋環(huán)和一個(gè)自驅(qū)動作用構(gòu)成,在不同的參數(shù)與初始條件下,會呈現(xiàn)出點(diǎn)吸引子(同時(shí)也是結(jié)構(gòu)切換吸引子)、周期吸引子和混沌吸引子等多種復(fù)雜的動力學(xué)行為。這些基因模體便于以人工基因回路的形式實(shí)現(xiàn),有助于加深對基因調(diào)控網(wǎng)絡(luò)多樣化的動力學(xué)演化過程的理解。異質(zhì)基因振子網(wǎng)絡(luò)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(zhǔn)同步等多種復(fù)雜動力學(xué)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(diǎn),只對每個(gè)振子的部分變量進(jìn)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(luò)的有效性,給出了基因網(wǎng)絡(luò)實(shí)現(xiàn)多同步時(shí),部分脈沖控制強(qiáng)度、控制點(diǎn)的數(shù)目以及脈沖時(shí)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(diǎn)進(jìn)行了總結(jié),同時(shí)提出了若干值得進(jìn)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(xué)位授予單位】：華中科技大學(xué)
【學(xué)位級別】：博士
【學(xué)位授予年份】：2016
【分類號】：Q811.4;O157.5

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