基于差异网络分析的疾病基因模块挖掘

摘要

基因是生命体中的重要结构，是决定生命特征的内在因素，生物体的生、长、衰、病、老、死等一切生命现象都与基因有关。基因表达是导致生物体某种表型的主要原因，基因的选择性表达是生命现象的重要特征之一，它会导致生物体个体之间的差异，而差异个体的基因网络也必定存在差异，分析具有不同表型的个体的基因网络间的差异，对于分析基因的功能、找到与某个表型相关的基因有重要作用。而在生物体内，某个基因往往不是单独表达来发挥作用，一般都是多个基因同时表达导致某种表型，这些基因构成基因模块。目前，基因模块的挖掘工作在生物信息中得到了大量的应用，该项工作可以揭示生物体的功能、进化以及疾病等方面有重要的意义。
　　差异网络描述了两个网络或两组相对应的网络之间的拓扑差异性，对于分析两组网络之间的差异有重要作用。在生物信息领域，差异网络经常用于分析两组个体表型差异的原因。利用两组对比性的基因表达数据构建基因共表达网络（实验组网络和对照组网路）及基因共表达差异网络，可以有效地找到与某表型相关的基因模块，该基因模块在两组网络中有显著性的差异。所谓基因共表达差异网络是在基因表达上具有显著差异的基因构建的网络，并且基因差异网络中的基因间的交互关系在两组共表达网络中也应当是具有显著差异的。
　　在生命遗传过程中，基因不会单独表达发挥作用，一些相关的基因往往通过共同表达而导致某种表型，这些基因彼此之间关联度较高，形成基因模块。在基因模块中，基因之间的共表达程度较高，基因之间的关联关系较大，因此，从图论角度上将，基因模块可以看作是基因网络中的稠密子模块，因而基因模块的挖掘工作一般是在一个网络中进行稠密子模块的识别。
　　为此，本文提出了基于差异网络分析的致病基因模块识别方法。首先，利用基因表达数据和基因共表达网络构建基因共表达差异网络，然后在该差异网络上进行稠密子模块的识别，并提出基于稀疏约束的稠密子模块识别算法。本文以白血病的致病基因模块作为挖掘对象，利用白血病和非白血病的两组样本的基因表达数据构建白血病基因共表达差异网络，并在白血病基因共表达差异网络上识别稠密子模块作为白血病的致病基因模块。最后，本文在白血病的基因网络数据上，验证了本文算法的可行性和有效性。

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第一章 绪论

第一节 引言

第二节 研究背景

第三节 本文动因

第四节 本文研究的内容及目标

第五节 本文章节安排

第二章 相关工作综述

第一节 基因模块挖掘研究现状

第二节 基于差异网络分析的方法综述

第三节 稠密子模块识别方法综述

第三章 差异网络分析

第一节 差异网络

第二节 基因共表达差异网络的构建

第三节 实验与结果分析

第四章 基于稀疏约束的稠密子模块挖掘

第一节 稠密子模块

第二节 基于稀疏约束的稠密子模块识别

第三节 实验与结果分析

第五章 基于网络分割思想的稠密子模块识别

第一节 网络分割

第二节 基于网络分割思想的稠密子模块的识别

第三节 实验与结果分析

第六章 总结

第一节 本文工作总结

第二节 工作展望

参考文献

致谢

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