基因表达数据调控网络重构方法研究
发布时间：2021-08-06 14:11
解析基因调控网络的结构对生物信息学至关重要,它为生物有机体的机理研究及功能分析提供了一个全新的分析工具。现有许多推断调控网络的方法,但由于基因数据存在着大量直接或间接的调控关系,而基因表达数据的样本数量却非常少,这些问题导致现有重构基因调控网络方法的识别率都十分有限。在系统生物学领域,从基因表达数据推断基因调控网络仍是一项挑战。本文的研究重点是重构基因调控网络方法和系统,针对不同类型的基因表达数据,分别构建基因调控网络,提高算法的准确性和可靠性,并搭建基因调控网络推断系统。本论文主要内容包括以下几方面:1.提出了基因静态数据调控网络推断方法:针对静态基因表达数据,提出了包括分解过程、学习过程和融合过程的基因调控网络推断方法,应用随机化和正则化解决模型过拟合问题,对初始权重增加归一化和统计学方法处理,解决了初始建模所得权重不一致的问题,从而提高了模型的准确率和稳定性。2.提出了基于先验融合的基因时间序列数据调控网络推断方法:针对时间序列基因表达数据,提出了Boosting的非线性模型和先验信息融合的框架来构建基因调控网络。考虑了先前时间点基因表达的累积信息,同时将其它类型的数据作为先验信...
【文章来源】：中国科学院大学(中国科学院深圳先进技术研究院)广东省
【文章页数】：76 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
基因调控网络示例图
第2章基因调控网络相关技术第2章基因调控网络相关技术基因调控网络的技术应用给人类健康和植物科学等研究领域带来了创新，加强了人类对基因功能的了解和应用，对于解决临床医学、疾病治疗、药物研发等医学问题有很大的潜力。本章介绍了基因调控网络的基本概念，并介绍了现有四大类别研究方法：基于关联分析、信息论、微分方程和集成回归的方法，介绍了调控网络算法评估方法，最后提出了本文的研究框架。2.1基因调控网络重构基因调控网络研究是一个典型的交叉学科研究问题，需要将分子生物学、计算机科学和数学相融合，共同去解决生物学问题。生物信息学的出现为庞大信息的提取提供了强大的技术平台，主要包括对生物数据的存储、处理、分析和整合等[36]。因为基因调控网络的研究是多学科的，故接下来将分别对基因表达、基因调控网络和基因调控网络的重构等生物相关的基本知识进行介绍。2.1.1基因表达基因表达是细胞将DNA中的指令转化为功能性产物（如蛋白质）的过程，如图2.1描述了生物分子如DNA、RNA和蛋白质之间的关系，信息储存在DNA中，加工成RNA，然后转化成蛋白质，通过信息本身的复制和传播的循环过程来执行若干功能。这种通过RNA转录从DNA到蛋白质的信息流被定义为分子生物学的“中心法则”[37]。图2.1分子生物学中的中心法则Figure2.1Thecentrallawinmolecularbiology7
基因表达数据调控网络重构方法研究越来越多的生物系统知识表明，转录是在复杂的基因表达网络中进行的活细胞的分子过程的结构[38]。因此，生物体的复杂性是基因表达调控的多层次、动态控制网络的结果[39]，它形成并维持个体表型，同时调节对环境变化的适应性反应[40]。转录调控是一个基本的生物学过程，为了了解其分子成分如何协同调节基因表达水平，该领域研究学者都在致力于对其进行解剖并确定其关键角色[41]。基因表达是一个严格调控的过程，其允许细胞对其变化的环境作出反应，在制造蛋白质的过程中，有两个关键步骤：转录和翻译[42]。转录是指基因中的DNA被复制产生一种称为信使RNA（mRNA）的RNA转录物，这是由一种称为RNA聚合酶的酶进行的，这种酶利用细胞核中的有效碱基形成mRNA。RNA是一种结构和性质与DNA相似的化学物质，但它只有一个碱基链，而不是碱基胸腺嘧啶，RNA有一个碱基叫做uraci。图2.2DNA水平上的基因表达调控关系Figure2.2GeneexpressionregulationattheDNAlevel翻译发生在信使RNA（mRNA）将转录的“信息”从DNA传送到细胞内的蛋白质制造工厂（核糖体）之后。信使核糖核酸携带的信息由一种称为转移核糖核酸（tRNA）的载体分子读取[42]。mRNA一次读取三个字母（密码子），每个密码子指定一个特定的氨基酸，每一种氨基酸都被特别地附着在它自己的tRNA分子上，当读取mRNA序列时，每个tRNA分子将其氨基酸传递给核糖体，并暂时与mRNA分子上相应的密码子结合。一旦tRNA被结合，它就会释放出它的氨基酸，而相邻的氨基酸都结合在一起形成一条长链，称为多肽，这个过程一直持续到蛋白质形成。基因表达调控是指围绕基因表达过程中发生的各种各样的调节方式。它主8
【参考文献】：
期刊论文
[1]基于XGBoost的基因静态数据调控网络推断方法[J]. 车丹丹,郭顺,姜青山. 集成技术. 2020(02)
[2]基因调控网络的生物信息学研究[J]. 雷耀山,史定华,王翼飞. 自然杂志. 2004(01)
硕士论文
[1]基因表达调控网络的构建方法研究[D]. 王敏.电子科技大学 2008
本文编号：3325918
【文章来源】：中国科学院大学(中国科学院深圳先进技术研究院)广东省
【文章页数】：76 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
基因调控网络示例图
第2章基因调控网络相关技术第2章基因调控网络相关技术基因调控网络的技术应用给人类健康和植物科学等研究领域带来了创新，加强了人类对基因功能的了解和应用，对于解决临床医学、疾病治疗、药物研发等医学问题有很大的潜力。本章介绍了基因调控网络的基本概念，并介绍了现有四大类别研究方法：基于关联分析、信息论、微分方程和集成回归的方法，介绍了调控网络算法评估方法，最后提出了本文的研究框架。2.1基因调控网络重构基因调控网络研究是一个典型的交叉学科研究问题，需要将分子生物学、计算机科学和数学相融合，共同去解决生物学问题。生物信息学的出现为庞大信息的提取提供了强大的技术平台，主要包括对生物数据的存储、处理、分析和整合等[36]。因为基因调控网络的研究是多学科的，故接下来将分别对基因表达、基因调控网络和基因调控网络的重构等生物相关的基本知识进行介绍。2.1.1基因表达基因表达是细胞将DNA中的指令转化为功能性产物（如蛋白质）的过程，如图2.1描述了生物分子如DNA、RNA和蛋白质之间的关系，信息储存在DNA中，加工成RNA，然后转化成蛋白质，通过信息本身的复制和传播的循环过程来执行若干功能。这种通过RNA转录从DNA到蛋白质的信息流被定义为分子生物学的“中心法则”[37]。图2.1分子生物学中的中心法则Figure2.1Thecentrallawinmolecularbiology7
基因表达数据调控网络重构方法研究越来越多的生物系统知识表明，转录是在复杂的基因表达网络中进行的活细胞的分子过程的结构[38]。因此，生物体的复杂性是基因表达调控的多层次、动态控制网络的结果[39]，它形成并维持个体表型，同时调节对环境变化的适应性反应[40]。转录调控是一个基本的生物学过程，为了了解其分子成分如何协同调节基因表达水平，该领域研究学者都在致力于对其进行解剖并确定其关键角色[41]。基因表达是一个严格调控的过程，其允许细胞对其变化的环境作出反应，在制造蛋白质的过程中，有两个关键步骤：转录和翻译[42]。转录是指基因中的DNA被复制产生一种称为信使RNA（mRNA）的RNA转录物，这是由一种称为RNA聚合酶的酶进行的，这种酶利用细胞核中的有效碱基形成mRNA。RNA是一种结构和性质与DNA相似的化学物质，但它只有一个碱基链，而不是碱基胸腺嘧啶，RNA有一个碱基叫做uraci。图2.2DNA水平上的基因表达调控关系Figure2.2GeneexpressionregulationattheDNAlevel翻译发生在信使RNA（mRNA）将转录的“信息”从DNA传送到细胞内的蛋白质制造工厂（核糖体）之后。信使核糖核酸携带的信息由一种称为转移核糖核酸（tRNA）的载体分子读取[42]。mRNA一次读取三个字母（密码子），每个密码子指定一个特定的氨基酸，每一种氨基酸都被特别地附着在它自己的tRNA分子上，当读取mRNA序列时，每个tRNA分子将其氨基酸传递给核糖体，并暂时与mRNA分子上相应的密码子结合。一旦tRNA被结合，它就会释放出它的氨基酸，而相邻的氨基酸都结合在一起形成一条长链，称为多肽，这个过程一直持续到蛋白质形成。基因表达调控是指围绕基因表达过程中发生的各种各样的调节方式。它主8
【参考文献】：
期刊论文
[1]基于XGBoost的基因静态数据调控网络推断方法[J]. 车丹丹,郭顺,姜青山. 集成技术. 2020(02)
[2]基因调控网络的生物信息学研究[J]. 雷耀山,史定华,王翼飞. 自然杂志. 2004(01)
硕士论文
[1]基因表达调控网络的构建方法研究[D]. 王敏.电子科技大学 2008
本文编号：3325918
本文链接：https://www.wllwen.com/kejilunwen/jiyingongcheng/3325918.html
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