基因測(cè)序技術(shù)高速發(fā)展使得基因表達(dá)量數(shù)據(jù)的獲取變得更加容易,在海量數(shù)據(jù)面前,單個(gè)基因表達(dá)模式的研究顯示出一定的局限性。因此,在全基因組范圍內(nèi)利用這些數(shù)據(jù)構(gòu)建基因共表達(dá)網(wǎng)絡(luò),并從系統(tǒng)生物學(xué)的角度進(jìn)一步研究基因表達(dá)模式以及基因間的相互作用就十分必要。利用基因共表達(dá)網(wǎng)絡(luò),可以鑒定共表達(dá)模塊具有的功能,推測(cè)其中未知基因的功能,揭示生物體功能的內(nèi)在機(jī)理。生物體中的許多基因都具有多效性,具體表現(xiàn)為一個(gè)基因參與多種生物功能的調(diào)控,所以基因共表達(dá)網(wǎng)絡(luò)中的模塊理論上應(yīng)該存在重疊結(jié)構(gòu)。然而,大多數(shù)傳統(tǒng)的聚類方法都忽視了這一特性,少部分方法考慮到了該特性但沒有重視該特性的準(zhǔn)確性,這導(dǎo)致當(dāng)前的聚類方法在基因共表達(dá)網(wǎng)絡(luò)上的應(yīng)用效果表現(xiàn)不佳。針對(duì)目前的這些問題,本文中提出了一種新的模糊聚類算法。本文的主要工作有:(1)建立一種基于網(wǎng)絡(luò)稠密度的模糊聚類模型。針對(duì)網(wǎng)絡(luò)中的重疊結(jié)構(gòu),利用一種基于稠密度的模糊聚類模型(Fuzzy Clustering Based Density,FCBD)進(jìn)行識(shí)別。由于基因共表達(dá)網(wǎng)絡(luò)的聚類結(jié)果缺少參照標(biāo)準(zhǔn),使用蛋白質(zhì)互作用網(wǎng)絡(luò)對(duì)結(jié)果進(jìn)行驗(yàn)證。相較其他方法,FCBD模型聚類得到的結(jié)果具有最高的準(zhǔn)確度(f-score為0.46),比僅次于它的CFinder算法(f-score為0.42)提高了約10%。(2)提出一種針對(duì)有權(quán)重重疊網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行模糊聚類的算法。考慮到基因共表達(dá)網(wǎng)絡(luò)有權(quán)重和無(wú)標(biāo)度的特性,對(duì)FCBD模型進(jìn)行改進(jìn),提出一種基于權(quán)重網(wǎng)絡(luò)的稠密度進(jìn)行模糊聚類的方法(Weighted Fuzzy Clustering Based Density,WFCBD)。利用不同規(guī)模的樣本集評(píng)估該算法,同時(shí)與其他算法橫向?qū)Ρ?以模塊度作為衡量聚類效果的指標(biāo),證實(shí)了該算法的聚類結(jié)果在不同規(guī)模的網(wǎng)絡(luò)中都穩(wěn)定可靠。(3)構(gòu)建大豆基因共表達(dá)網(wǎng)絡(luò),評(píng)估該算法應(yīng)用效果。利用531個(gè)樣本構(gòu)建含有33238個(gè)基因的大豆基因共表達(dá)網(wǎng)絡(luò),并使用WFCBD算法對(duì)網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行聚類分析,對(duì)得到的77個(gè)模塊進(jìn)行功能注釋并給出生物學(xué)解釋。鑒定重疊模塊區(qū)域的多效基因功能,并利用重疊模塊對(duì)未知基因進(jìn)行功能預(yù)測(cè)。和其他算法相比,WFCBD算法能夠獲得更具有生物學(xué)意義的聚類結(jié)果。
【學(xué)位單位】：武漢理工大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位年份】：2018
【中圖分類】：TP311.13;Q811.4
【部分圖文】：

圖 1-1 PubMed 數(shù)據(jù)庫(kù)中近 25 年發(fā)表的基因共表達(dá)有關(guān)的文獻(xiàn)數(shù)量基因共表達(dá)網(wǎng)絡(luò)也是分子生物網(wǎng)絡(luò)的一種。基因共表達(dá)網(wǎng)絡(luò)的概念在 1999年首次被 Butte 和 Kohane[1]提出，彼時(shí)基因共表達(dá)網(wǎng)絡(luò)還僅僅只是被認(rèn)為是相關(guān)網(wǎng)絡(luò)。Butte 和 Kohane 統(tǒng)計(jì)了一些患者在醫(yī)學(xué)實(shí)驗(yàn)室的測(cè)試數(shù)據(jù)，隨后計(jì)算了每

圖 1-2 PubMed 數(shù)據(jù)庫(kù)中近 25 年發(fā)表的基因共表達(dá)有關(guān)的文獻(xiàn)數(shù)量利用基因共表達(dá)網(wǎng)絡(luò)，可以對(duì)已知基因的功能進(jìn)行鑒定，未知基因的功能進(jìn)行預(yù)測(cè)。從系統(tǒng)的角度來(lái)研究基因間的相互作用，有助于研究者全面深入地理解生物體內(nèi)的生命過程。

論文框架圖

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7 張琦s

本文編號(hào)：2813598