本文關(guān)鍵詞：小麥春化基因模型建立與非線性研究分析

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【摘要】：小麥(Triticum aestivum.L)屬于禾本科小麥屬糧食作物,其生長過程中必須經(jīng)過一段低溫處理才能促進花芽形成和花器官的發(fā)育,這個過程被稱作春化。小麥作為全世界廣泛種植的糧食作物其產(chǎn)量與小麥春化息息相關(guān),所以小麥的春化作用一直是育種工作者研究的熱點問題。隨著生物科學研究方法的不斷改進,對于小麥春化作用的認識也不斷地深入。小麥春化是植物體多基因、多因素共同作用的一個復雜的生理過程。目前對于春化作用機制的研究主要是探究各個基因與影響因素的相互作用,根據(jù)實驗結(jié)果建立調(diào)控網(wǎng)絡來分析春化機制。春化過程中各種影響因素在基因調(diào)控網(wǎng)絡中的關(guān)聯(lián)效應不是簡單的相加,那么就不能用線性的分析方法來進行研究。為了反映網(wǎng)絡中的各因素的動態(tài)變化過程對小麥生長的影響,需要建立非線性模型來研究分析。利用非線性動力學模型來研究生物現(xiàn)象已經(jīng)在很多生物學領(lǐng)域得到應用,例如Logistic模型來研究種群增長規(guī)律；P53-Mdm2模型來研究P53信號通路與腫瘤或者響應DNA損傷的關(guān)系等。本次研究通過對調(diào)控春化作用的兩個主要基因：VRN1(VERNALIZATION1)和VRN2 (VERNALIZATION2)的互作方式的分析,發(fā)現(xiàn)其互作模式反饋回路與P53-Mdm2調(diào)控模型和Hes1模型極為相似,因此在此類模型的基礎(chǔ)上,結(jié)合非線性模型中的變量分析方法、公式表達方法以及小麥春化研究實驗中的數(shù)據(jù)和現(xiàn)象建立春化基因的非線性模型,最后使用Matlab2013a進行結(jié)果模擬。模擬結(jié)果表明此次研究建立的模型可以表達春化過程中VRN1和VRN2的表達量隨時間的變化情況與趨勢,兩類基因?qū)Υ夯饔谜{(diào)控時的互作模式與實驗現(xiàn)象相符合。此外還發(fā)現(xiàn)VRN1和VRN2的生成率和降解率對春化作用都有重要的影響。對VRN1的降解率加入干擾后會對模型造成較大的影響,所以一旦增大VRN1降解率,會影響到春化結(jié)束后VRN1的表達量,對開花造成影響；VRN2的生成率對模型穩(wěn)定性不會有太大影響,說明VRN2對后期春化作用的影響已明顯減弱；但是VRN2的降解率對于系統(tǒng)的穩(wěn)定至關(guān)重要,它在很大程度上影響VRN1-VRN2的表達,通過提高VRN2的降解率可以縮短VRN2的降解時間,使VRN1的表達量盡快滿足促進開花的條件,這對于北方優(yōu)質(zhì)小麥向較為溫暖地區(qū)引種工作是有意義的。在評價基因、mRNA、蛋白質(zhì)的穩(wěn)定性時一般只考察相關(guān)降解率的大小,對于生成率的關(guān)注較少。此次研究中調(diào)控VRN1、VRN2的生成率和降解率的數(shù)值,圖形產(chǎn)生的變化證明實際生長狀況下兩者對春化作用都有重要的影響,由此可以說明生成率也是評價基因、mRNA、蛋白質(zhì)的穩(wěn)定性的一個重要指標,應該加以重視。建立的動力學模型為春化機制的理論研究提供了參考。
【關(guān)鍵詞】：小麥 春化 VRN1-VRN2 非線性方程
【學位授予單位】：四川農(nóng)業(yè)大學
【學位級別】：碩士
【學位授予年份】：2015
【分類號】：S512.1
【目錄】：

• 摘要4-6
• Abstract6-9
• 1 文獻綜述9-23
• 1.1 春化對于冬性植物的重要性10
• 1.2 春化相關(guān)的重要基因10-12
• 1.2.1 小麥春化相關(guān)的重要基因VRN110-11
• 1.2.2 小麥春化相關(guān)的重要基因VRN211
• 1.2.3 小麥春化相關(guān)的重要基因VRN311
• 1.2.4 擬南芥春化相關(guān)基因FLC、FRI11-12
• 1.3 春化相關(guān)基因網(wǎng)絡結(jié)構(gòu)研究模式12-14
• 1.4 模型中相關(guān)因素的篩選14-17
• 1.5 生命科學中的非線性模型17-23
• 1.5.1 線性與非線性的區(qū)別17
• 1.5.2 非線性建模研究的優(yōu)勢17-18
• 1.5.3 赤潮藻類非線性動力學模型18-19
• 1.5.4 農(nóng)作物生長物候模型19-20
• 1.5.5 P53-Mdm2基因反饋模型20-22
• 1.5.6 Hes1基因調(diào)控模型22-23
• 2 研究的目的及意義23-24
• 3 模型建立24-29
• 3.1 蛋白質(zhì)合成與降解24-26
• 3.2 非線性模型建立的一般過程26
• 3.3 春化基因調(diào)控回路26-27
• 3.4 春化基因VRN1-VRN2模型27-29
• 4 結(jié)果29-35
• 4.1 確定模型參數(shù)29-30
• 4.2 模型模擬30-31
• 4.3 參數(shù)干擾條件下模型圖像的變化31-34
• 4.4 平衡點的計算34-35
• 5 討論35-38
• 5.1 各個參數(shù)對模型穩(wěn)定性的影響35-37
• 5.2 模型平衡點的分析37-38
• 6 結(jié)論38-39
• 7 展望39-40
• 參考文獻40-47
• 致謝47

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本文編號：725985