解析基因調(diào)控網(wǎng)絡(luò)的結(jié)構(gòu)對(duì)生物信息學(xué)至關(guān)重要,它為生物有機(jī)體的機(jī)理研究及功能分析提供了一個(gè)全新的分析工具�，F(xiàn)有許多推斷調(diào)控網(wǎng)絡(luò)的方法,但由于基因數(shù)據(jù)存在著大量直接或間接的調(diào)控關(guān)系,而基因表達(dá)數(shù)據(jù)的樣本數(shù)量卻非常少,這些問題導(dǎo)致現(xiàn)有重構(gòu)基因調(diào)控網(wǎng)絡(luò)方法的識(shí)別率都十分有限。在系統(tǒng)生物學(xué)領(lǐng)域,從基因表達(dá)數(shù)據(jù)推斷基因調(diào)控網(wǎng)絡(luò)仍是一項(xiàng)挑戰(zhàn)。本文的研究重點(diǎn)是重構(gòu)基因調(diào)控網(wǎng)絡(luò)方法和系統(tǒng),針對(duì)不同類型的基因表達(dá)數(shù)據(jù),分別構(gòu)建基因調(diào)控網(wǎng)絡(luò),提高算法的準(zhǔn)確性和可靠性,并搭建基因調(diào)控網(wǎng)絡(luò)推斷系統(tǒng)。本論文主要內(nèi)容包括以下幾方面:1.提出了基因靜態(tài)數(shù)據(jù)調(diào)控網(wǎng)絡(luò)推斷方法:針對(duì)靜態(tài)基因表達(dá)數(shù)據(jù),提出了包括分解過程、學(xué)習(xí)過程和融合過程的基因調(diào)控網(wǎng)絡(luò)推斷方法,應(yīng)用隨機(jī)化和正則化解決模型過擬合問題,對(duì)初始權(quán)重增加歸一化和統(tǒng)計(jì)學(xué)方法處理,解決了初始建模所得權(quán)重不一致的問題,從而提高了模型的準(zhǔn)確率和穩(wěn)定性。2.提出了基于先驗(yàn)融合的基因時(shí)間序列數(shù)據(jù)調(diào)控網(wǎng)絡(luò)推斷方法:針對(duì)時(shí)間序列基因表達(dá)數(shù)據(jù),提出了Boosting的非線性模型和先驗(yàn)信息融合的框架來構(gòu)建基因調(diào)控網(wǎng)絡(luò)�？紤]了先前時(shí)間點(diǎn)基因表達(dá)的累積信息,同時(shí)將其它類型的數(shù)據(jù)作為先驗(yàn)信... 

【文章來源】：中國科學(xué)院大學(xué)(中國科學(xué)院深圳先進(jìn)技術(shù)研究院)廣東省

【文章頁數(shù)】：76 頁

【學(xué)位級(jí)別】：碩士

【部分圖文】：

基因調(diào)控網(wǎng)絡(luò)示例圖

第2章基因調(diào)控網(wǎng)絡(luò)相關(guān)技術(shù)第2章基因調(diào)控網(wǎng)絡(luò)相關(guān)技術(shù)基因調(diào)控網(wǎng)絡(luò)的技術(shù)應(yīng)用給人類健康和植物科學(xué)等研究領(lǐng)域帶來了創(chuàng)新，加強(qiáng)了人類對(duì)基因功能的了解和應(yīng)用，對(duì)于解決臨床醫(yī)學(xué)、疾病治療、藥物研發(fā)等醫(yī)學(xué)問題有很大的潛力。本章介紹了基因調(diào)控網(wǎng)絡(luò)的基本概念，并介紹了現(xiàn)有四大類別研究方法：基于關(guān)聯(lián)分析、信息論、微分方程和集成回歸的方法，介紹了調(diào)控網(wǎng)絡(luò)算法評(píng)估方法，最后提出了本文的研究框架。2.1基因調(diào)控網(wǎng)絡(luò)重構(gòu)基因調(diào)控網(wǎng)絡(luò)研究是一個(gè)典型的交叉學(xué)科研究問題，需要將分子生物學(xué)、計(jì)算機(jī)科學(xué)和數(shù)學(xué)相融合，共同去解決生物學(xué)問題。生物信息學(xué)的出現(xiàn)為龐大信息的提取提供了強(qiáng)大的技術(shù)平臺(tái)，主要包括對(duì)生物數(shù)據(jù)的存儲(chǔ)、處理、分析和整合等[36]。因?yàn)榛蛘{(diào)控網(wǎng)絡(luò)的研究是多學(xué)科的，故接下來將分別對(duì)基因表達(dá)、基因調(diào)控網(wǎng)絡(luò)和基因調(diào)控網(wǎng)絡(luò)的重構(gòu)等生物相關(guān)的基本知識(shí)進(jìn)行介紹。2.1.1基因表達(dá)基因表達(dá)是細(xì)胞將DNA中的指令轉(zhuǎn)化為功能性產(chǎn)物（如蛋白質(zhì)）的過程，如圖2.1描述了生物分子如DNA、RNA和蛋白質(zhì)之間的關(guān)系，信息儲(chǔ)存在DNA中，加工成RNA，然后轉(zhuǎn)化成蛋白質(zhì)，通過信息本身的復(fù)制和傳播的循環(huán)過程來執(zhí)行若干功能。這種通過RNA轉(zhuǎn)錄從DNA到蛋白質(zhì)的信息流被定義為分子生物學(xué)的“中心法則”[37]。圖2.1分子生物學(xué)中的中心法則Figure2.1Thecentrallawinmolecularbiology7

基因表達(dá)數(shù)據(jù)調(diào)控網(wǎng)絡(luò)重構(gòu)方法研究越來越多的生物系統(tǒng)知識(shí)表明，轉(zhuǎn)錄是在復(fù)雜的基因表達(dá)網(wǎng)絡(luò)中進(jìn)行的活細(xì)胞的分子過程的結(jié)構(gòu)[38]。因此，生物體的復(fù)雜性是基因表達(dá)調(diào)控的多層次、動(dòng)態(tài)控制網(wǎng)絡(luò)的結(jié)果[39]，它形成并維持個(gè)體表型，同時(shí)調(diào)節(jié)對(duì)環(huán)境變化的適應(yīng)性反應(yīng)[40]。轉(zhuǎn)錄調(diào)控是一個(gè)基本的生物學(xué)過程，為了了解其分子成分如何協(xié)同調(diào)節(jié)基因表達(dá)水平，該領(lǐng)域研究學(xué)者都在致力于對(duì)其進(jìn)行解剖并確定其關(guān)鍵角色[41]。基因表達(dá)是一個(gè)嚴(yán)格調(diào)控的過程，其允許細(xì)胞對(duì)其變化的環(huán)境作出反應(yīng)，在制造蛋白質(zhì)的過程中，有兩個(gè)關(guān)鍵步驟：轉(zhuǎn)錄和翻譯[42]。轉(zhuǎn)錄是指基因中的DNA被復(fù)制產(chǎn)生一種稱為信使RNA（mRNA）的RNA轉(zhuǎn)錄物，這是由一種稱為RNA聚合酶的酶進(jìn)行的，這種酶利用細(xì)胞核中的有效堿基形成mRNA。RNA是一種結(jié)構(gòu)和性質(zhì)與DNA相似的化學(xué)物質(zhì)，但它只有一個(gè)堿基鏈，而不是堿基胸腺嘧啶，RNA有一個(gè)堿基叫做uraci。圖2.2DNA水平上的基因表達(dá)調(diào)控關(guān)系Figure2.2GeneexpressionregulationattheDNAlevel翻譯發(fā)生在信使RNA（mRNA）將轉(zhuǎn)錄的“信息”從DNA傳送到細(xì)胞內(nèi)的蛋白質(zhì)制造工廠（核糖體）之后。信使核糖核酸攜帶的信息由一種稱為轉(zhuǎn)移核糖核酸（tRNA）的載體分子讀取[42]。mRNA一次讀取三個(gè)字母（密碼子），每個(gè)密碼子指定一個(gè)特定的氨基酸，每一種氨基酸都被特別地附著在它自己的tRNA分子上，當(dāng)讀取mRNA序列時(shí)，每個(gè)tRNA分子將其氨基酸傳遞給核糖體，并暫時(shí)與mRNA分子上相應(yīng)的密碼子結(jié)合。一旦tRNA被結(jié)合，它就會(huì)釋放出它的氨基酸，而相鄰的氨基酸都結(jié)合在一起形成一條長鏈，稱為多肽，這個(gè)過程一直持續(xù)到蛋白質(zhì)形成。基因表達(dá)調(diào)控是指圍繞基因表達(dá)過程中發(fā)生的各種各樣的調(diào)節(jié)方式。它主8

【參考文獻(xiàn)】：
期刊論文
[1]基于XGBoost的基因靜態(tài)數(shù)據(jù)調(diào)控網(wǎng)絡(luò)推斷方法[J]. 車丹丹,郭順,姜青山.  集成技術(shù). 2020(02)
[2]基因調(diào)控網(wǎng)絡(luò)的生物信息學(xué)研究[J]. 雷耀山,史定華,王翼飛.  自然雜志. 2004(01)

碩士論文
[1]基因表達(dá)調(diào)控網(wǎng)絡(luò)的構(gòu)建方法研究[D]. 王敏.電子科技大學(xué) 2008



本文編號(hào)：3325918