小麦春化基因模型建立与非线性研究分析

发布时间：2017-08-23 16:09

  本文关键词：小麦春化基因模型建立与非线性研究分析

  更多相关文章： 小麦 春化 VRN1-VRN2 非线性方程

【摘要】：小麦(Triticum aestivum.L)属于禾本科小麦属粮食作物,其生长过程中必须经过一段低温处理才能促进花芽形成和花器官的发育,这个过程被称作春化。小麦作为全世界广泛种植的粮食作物其产量与小麦春化息息相关,所以小麦的春化作用一直是育种工作者研究的热点问题。随着生物科学研究方法的不断改进,对于小麦春化作用的认识也不断地深入。小麦春化是植物体多基因、多因素共同作用的一个复杂的生理过程。目前对于春化作用机制的研究主要是探究各个基因与影响因素的相互作用,根据实验结果建立调控网络来分析春化机制。春化过程中各种影响因素在基因调控网络中的关联效应不是简单的相加,那么就不能用线性的分析方法来进行研究。为了反映网络中的各因素的动态变化过程对小麦生长的影响,需要建立非线性模型来研究分析。利用非线性动力学模型来研究生物现象已经在很多生物学领域得到应用,例如Logistic模型来研究种群增长规律；P53-Mdm2模型来研究P53信号通路与肿瘤或者响应DNA损伤的关系等。本次研究通过对调控春化作用的两个主要基因：VRN1(VERNALIZATION1)和VRN2 (VERNALIZATION2)的互作方式的分析,发现其互作模式反馈回路与P53-Mdm2调控模型和Hes1模型极为相似,因此在此类模型的基础上,结合非线性模型中的变量分析方法、公式表达方法以及小麦春化研究实验中的数据和现象建立春化基因的非线性模型,最后使用Matlab2013a进行结果模拟。模拟结果表明此次研究建立的模型可以表达春化过程中VRN1和VRN2的表达量随时间的变化情况与趋势,两类基因对春化作用调控时的互作模式与实验现象相符合。此外还发现VRN1和VRN2的生成率和降解率对春化作用都有重要的影响。对VRN1的降解率加入干扰后会对模型造成较大的影响,所以一旦增大VRN1降解率,会影响到春化结束后VRN1的表达量,对开花造成影响；VRN2的生成率对模型稳定性不会有太大影响,说明VRN2对后期春化作用的影响已明显减弱；但是VRN2的降解率对于系统的稳定至关重要,它在很大程度上影响VRN1-VRN2的表达,通过提高VRN2的降解率可以缩短VRN2的降解时间,使VRN1的表达量尽快满足促进开花的条件,这对于北方优质小麦向较为温暖地区引种工作是有意义的。在评价基因、mRNA、蛋白质的稳定性时一般只考察相关降解率的大小,对于生成率的关注较少。此次研究中调控VRN1、VRN2的生成率和降解率的数值,图形产生的变化证明实际生长状况下两者对春化作用都有重要的影响,由此可以说明生成率也是评价基因、mRNA、蛋白质的稳定性的一个重要指标,应该加以重视。建立的动力学模型为春化机制的理论研究提供了参考。
【关键词】：小麦 春化 VRN1-VRN2 非线性方程
【学位授予单位】：四川农业大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2015
【分类号】：S512.1
【目录】：

• 摘要4-6
• Abstract6-9
• 1 文献综述9-23
• 1.1 春化对于冬性植物的重要性10
• 1.2 春化相关的重要基因10-12
• 1.2.1 小麦春化相关的重要基因VRN110-11
• 1.2.2 小麦春化相关的重要基因VRN211
• 1.2.3 小麦春化相关的重要基因VRN311
• 1.2.4 拟南芥春化相关基因FLC、FRI11-12
• 1.3 春化相关基因网络结构研究模式12-14
• 1.4 模型中相关因素的筛选14-17
• 1.5 生命科学中的非线性模型17-23
• 1.5.1 线性与非线性的区别17
• 1.5.2 非线性建模研究的优势17-18
• 1.5.3 赤潮藻类非线性动力学模型18-19
• 1.5.4 农作物生长物候模型19-20
• 1.5.5 P53-Mdm2基因反馈模型20-22
• 1.5.6 Hes1基因调控模型22-23
• 2 研究的目的及意义23-24
• 3 模型建立24-29
• 3.1 蛋白质合成与降解24-26
• 3.2 非线性模型建立的一般过程26
• 3.3 春化基因调控回路26-27
• 3.4 春化基因VRN1-VRN2模型27-29
• 4 结果29-35
• 4.1 确定模型参数29-30
• 4.2 模型模拟30-31
• 4.3 参数干扰条件下模型图像的变化31-34
• 4.4 平衡点的计算34-35
• 5 讨论35-38
• 5.1 各个参数对模型稳定性的影响35-37
• 5.2 模型平衡点的分析37-38
• 6 结论38-39
• 7 展望39-40
• 参考文献40-47
• 致谢47

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本文编号：725985