基于仿真的合成基因振荡器特性研究

发布时间：2017-04-02 08:02

  本文关键词：基于仿真的合成基因振荡器特性研究，由笔耕文化传播整理发布。

【摘要】：合成生物学是近年来兴起的多学科交叉研究领域,其中合成基因振荡器以其在生物网络中的基础性和重要性以及结构的简单性成为合成生物学研究中的热点方向之一,在理论研究和生物实现方面均已获得许多重要的研究成果。然而,由于复杂振荡器网络结构的多样性以及振荡特性的多变性,对由基本振荡器扩展而成的复杂振荡器网络特性的研究却是比较贫乏。实际的生物网络是庞大且复杂的,实际生物体内振荡器网络的规模也是相对较大的,现存的对规模较小的基本振荡器的研究不能满足合成复杂生物网络的要求,因此,复杂振荡网络的研究对于实际的合成生物应用具有重要意义。本文主要工作是在基本振荡器的基础上,研究基本振荡器经过三种方式：耦合机制、结构线性扩展和结构网络扩展而形成的复杂振荡器的特性。本文主要的研究内容及成果如下：1.针对基本repressilator振荡器通过耦合机制形成的复杂振荡器,研究基本repressilator振荡器周期特性及耦合强度对耦合振荡器同步过渡过程时间特性的影响。结果表明：在线性耦合作用下,耦合强度的增加会减小同步过渡过程所需时间和周期个数；非对称性的耦合强度值对同步过渡过程时间特性的影响取决于较大的耦合强度值；对于周期较大的基本振荡器组成的耦合振荡器,其同步过渡过程所需的周期个数较少,所需的时间变化无明显规律。本章的研究可用于在对repressilator振荡器进行耦合设计时,对同步过渡过程时间特性的定向调整。2.针对基本repressilator振荡器通过结构线性扩展形成的复杂振荡器,研究复杂振荡器振荡行为产生对时延序列结构的要求以及时延序列值对振荡特性的影响。结果表明：对于偶数扩展和奇数扩展的复杂振荡器,振荡行为产生对于时延序列结构有不同的要求,且时延序列与振荡行为之间存在不同的规律性关系。本章研究成果可用于振荡器网络对下游网络中具有复杂时间序列行为的功能网络的调控。3.针对基本repressilator振荡器通过结构网络扩展形成的复杂振荡器,研究不同的多输入结构形式对复杂振荡器网络结构的影响。结果表明：在给定周期要求时,通过优化算法得到满足周期要求的使用不同多输入函数的复杂振荡器,复杂振荡器网络的基本结构模块由于多输入函数形式的不同而不同且随给定周期的变化以及网络规模的变化表现出不同的变化现象。本章的研究有助于对基因振荡器基本功能结构的了解,为实际合成基因振荡器提供一定的指导意义。
【关键词】：基因振荡器 耦合 时延 优化算法 模体
【学位授予单位】：浙江大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：TN752
【目录】：

• 摘要5-6
• abstract6-9
• 第一章 绪论9-21
• 1.1 引言9
• 1.2 合成基因振荡器研究背景及意义9-11
• 1.3 合成基因振荡器研究现状11-19
• 1.3.1 单基因振荡器研究现状11-15
• 1.3.2 耦合基因振荡器研究现状15-18
• 1.3.3 研究现状总结18-19
• 1.4 本文的研究内容和组织结构19-21
• 1.4.1 本文主要研究内容19
• 1.4.2 本文组织结构19-21
• 第二章 同步过渡过程时间特性的影响因素分析21-33
• 2.1 引言21-22
• 2.2 双REPRESSILATOR振荡器耦合模型22-23
• 2.3 耦合强度对同步过渡过程时间特性的影响23-29
• 2.3.1 对称的耦合强度对同步过渡过程时间特性的影响24-26
• 2.3.2 耦合强度的非对称性对耦合快慢的影响26-29
• 2.4 基本振荡器周期对同步过渡过程时间特性的影响29-30
• 2.5 本章小结30-33
• 第三章 时延序列对振荡器性能的影响33-55
• 3.1 引言33
• 3.2 环状振荡器时延模型33-34
• 3.3 环状振荡器时延分析34-50
• 3.3.1 仿真参数设置及相关定义34-37
• 3.3.2 奇数环状振荡器37-43
• 3.3.3 偶数环状振荡器43-50
• 3.4 实际生物参数的验证50-51
• 3.5 增益K值的稳定性51-52
• 3.6 本章小结52-55
• 第四章 基于多种多输入逻辑的振荡器结构设计55-73
• 4.1 引言55-56
• 4.2 多输入结构56-60
• 4.2.1 多输入结构函数56-58
• 4.2.2 多输入函数动力特性58-60
• 4.3 优化算法构造振荡器网络60-64
• 4.3.1 模拟退火算法简介60-61
• 4.3.2 振荡器模型61-63
• 4.3.3 振荡器网络优化过程63-64
• 4.4 仿真过程及结果分析64-71
• 4.4.1 优化过程细节64-67
• 4.4.2 周期改变对模体分布影响67-69
• 4.4.3 振荡器网络规模改变对模体分布影响69-71
• 4.5 本章小结71-73
• 第五章 总结与展望73-75
• 5.1 总结73-74
• 5.2 展望74-75
• 参考文献75-79
• 致谢79-81
• 个人简历81-83
• 附录83-91
• 附录A 基本生物学知识介绍83-88
• 附录B 第三章仿真数据88-90
• 附录C 实际参数验证MATLAB主程序90-91

【参考文献】

中国期刊全文数据库 前2条

1 肖文海;王颖;元英进;;化学品绿色制造核心技术——合成生物学[J];化工学报;2016年01期

2 刘夺;杜瑾;赵广荣;元英进;;合成生物学在医药及能源领域的应用[J];化工学报;2011年09期

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本文编号：282121