耦合的合成基因调控网络动力学分析.pdf

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1、DynamicsAnalysisoftheCoupledSyntheticGeneNetworksADissertationSubmiRedtotheGraduateSchoolofHenanUniversityinPartialFulfillmentoftheRequirementsfortheDegreeofMasterofScienceByLiuCaixiaSupervisor：Prof．ChenAiminMay,2014关于学位论文独立完成和内容创新的声明本人向河南大学提出硕士学位申请。本人郑重声明：所呈交的学位论文是本人在导师的指导下独立完成的，对所研究的课题有新的见解。据我

2、所知，除文中特别加以说明、标注和致谢的地方外，论文中不包括其他人已经发表或撰写过的研究成果，也不包括其他人为获得任何教育、科研机构的学位或证书而使用过的材料。与我一同工作的同事对本研究所做的任何贡献均已在论文中作了明确的说明并表示了谢意。学位申请人(学位论文作者)签名：到型艮2o／年年箩月／p日关于学位论文著作权使用授权书本人经洞南大学审核批准授予帧士学位。作为学位论文的作者，本人完全J，解并I司意河南大学有关保留、使用学位论文的要求，即河南大学有权向国家图书馆、科研信息机构、数据收集机构和本校图书馆等提供学位论文(纸质文本和电子文本)以供公众检索、查阅。本人授权河南大学出于宣扬、展览

3、学校学术发展和进行学术交流等目的，可以采取影印、缩印、扫描和拷贝等复制手段保存、汇编学位论文(纸质文本和电子文本)。(涉及保密内容的学位论文在解密后使用本授权书)学位获得者(学位论文作者)签名：到塑庭20i￡}年芏具

4、oB学位论文指导教9币签名：随整数20姆年多旯／1B摘要基因调控网络是系统生物学的一个十分重要的研究内容．由于真实基因调控网络的复杂性，无论是定性还是定量分析都很难在系统水平上整体进行．然而，生物系统中存在大量的、相对独立的、具有特定生物功能的调控网络模块．比如正反馈环路、负反馈环路、前馈圈等．孤立地分析这些简单网络模块的处理信号能力、过滤噪声能力、产生振动以及形成时空斑

5、图等功能的研究已经成为国内外研究的热点．复杂的基因调控网络是由众多简单的调控环路所构成的，研究整合的简单调控环路的功能有助于进一步理解更复杂的真实网络的生物物理机制．本文主要研究耦合的合成负反馈环路在整合之后所表现的振动、双韵律、硬激励等动力学功能．双韵律，即不同振幅和频率的振动在相同参数的模型中共同存在；硬激励，即在相同参数的模型中系统由于初值的不同可以表现为稳定的平衡态或稳定的周期轨．这两种动力学现象已经在生物实验中验证是真实存在的．本文从合成基因网络的压制振动子出发，添加一个成分、两个调控，使得两个负反馈环路耦合在一起．通过快反应平衡近似建立数学模型，利用分支分析软件XPPAUT

6、，研究分析了该耦合合成基因调控网络在不同参数调控作用下的动力学行为．分析探讨了网络的结构和耦合作用以及功能参数对网络的不同动力学行为的出现产生的影响，得到了不同参数对不同动力学现象的阈值要求，这对理解生物实验中表现出来的丰富现象有着很好的解释意义，并对可能的生物实验提供指导．关键词：合成基因调控网络；耦合反馈环；双韵律；硬激励塑全堕全盛茎里塑丝塑丝垫垄兰坌堑一IIABSTRACTGeneregulatorynetworkisanimportantresearchcontentofsystemsbiology．Becauseofthecomplexityoftherealgeneregu

7、latorynetworks，itisverydifficulttocarriedoutonsystemlevel，nomatteraboutqualitativeanalysisoraboutquantitativeanalysis．However，thereareaquantityofregulatorynetworkswithaparticularbiologicalfunctionindependentlyinthebiologicalsystems，whicharecallednetworkmotifs，suchaspositivefeedbackloops，negative

8、feedbackloops，feedforwardloops．Researchonthesesimplenetworkmotifs’abilityofprocessingsignal，filteringnoise，formingspatiotemporalpatternhasbecometheissueathomeandabroad．Sincerealgeneticregulatorynetworkisusuallycomposedofmany