论文摘要
基因调控网络的研究从基因之间相互作用的角度揭示复杂的生命现象,是当前生物信息学研究的重要内容。大量实验表明:基因调控网络具有非线性相互作用、时间延迟、信号路径正负反馈、以及随机涨落等一般特性。研究基因调控网络随机动力学机制,已成为后基因组时代生命科学的前沿课题之一。本文的工作正是以非线性随机理论和计算机模拟技术为基础,重点对（1）果蝇生物钟的昼夜生理节律振荡系统、（2）裂殖酵母菌的细胞周期控制系统、（3）大肠杆菌的质粒体拷贝数控制系统的随机动力学分别进行了较深入的研究。具体取得了以下研究成果:（1）数值研究了随机涨落对于果蝇的昼夜生理节律振子的影响。假定该振子处于略远离分岔点的稳态区域。发现:当节律振子被外部光噪声或者内噪声单独驱动时,两种噪声都可以诱导时钟蛋白的昼夜节律振荡,并且分别发生了外噪声相干共振以及内噪声相干共振（尺寸共振）现象。首次考虑了内噪声和外噪声同时驱动节律振子的情形,发现内噪声会一直抑制“外噪声相干共振”,而外噪声则在一定的噪声强度范围能够促进“内噪声相干共振”。这里关于基因网络中内外噪声相互作用的工作,是对早期大量尺寸共振效应研究的一个积极补充。（2）以裂殖酵母的细胞周期确定性模型为基础,利用化学朗之万方程,首次数值研究了有限细胞尺寸对于双变异型的细胞周期的影响。发现:当系统被内噪声驱动时,在适中的细胞尺寸区域内,细胞能够从有丝分裂期M期的早期阶段连续两次重置回细胞间期G2期,从而导致了与实验观察定性吻合的细胞周期量子化现象的发生。通过调节细胞尺寸使得数值结论与实验观察最为接近,这就提供了一种粗略估计细胞尺寸的方法。（3）依据一个大肠杆菌质粒体的拷贝数控制模型,使用线性噪声近似方法,理论研究了该负反馈系统在给定稳态附近的内噪声性质。发现:在一定的参数范围内,增加信号分子的噪声强度会减少质粒体分子的噪声强度。更重要的是,我们首次推导得到了这种噪声降低效应发生的临界条件。该部分的工作为生化网络中噪声的传递以及噪声的控制提供了一个初步的定量研究思路。
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标签：基因调控网络论文; 内噪声论文; 昼夜生理节律论文; 化学朗之万方程论文; 相干共振论文; 量子化细胞周期论文; 拷贝数控制论文; 线性噪声近似论文;