枯草芽孢杆菌基因转录调控网络的构建、分析和网络分解

摘要

各种细胞组分之间互相作用形成了复杂的网络以执行特定的生物功能，这些网络的结构和功能分析是系统生物学研究的重要内容。高通量技术产生的大量信息资源使基因水平的生物网络构建和分析成为可能。转录调控网络是细胞调控，特别是原核生物细胞调控过程的关键生物网络。作为基因水平数据最完全之一的格兰氏阳性菌，枯草芽孢杆菌(Bacillus subtilis)具有复杂而典型的生长机制。由于其基因转录调控网络的相关研究刚刚起步，分析枯草芽孢杆菌基因转录调控网络的结构和功能模块等特点都具有重要的意义。 从DBTBS和Prodoric两个数据库整合数据，本文首先构建了枯草芽孢杆菌的基因转录调控网络。考虑到σ因子和转录因子在调控过程中的不同作用，本文分别分析了两种网络：枯草芽孢杆菌包含σ因子的基因转录调控网络和枯草芽孢杆菌不包含σ因子的基因转录调控网络。对于包含σ因子的网络，进行了拓扑结构的分析，计算了出度和入度分布函数，得出枯草芽孢杆菌基因转录调控网络和其它生物网络一样，是无尺度网络的结论。通过与酵母的调控网络进行比较，发现它们在结构上具有不同的特点。 接着提出了两种网络分解方法，并通过讨论两种方法的各自特点确定了分解方法中对强连通体和模块共享基因的处理。对于不包含σ因子的网络，进行了连接结构的分析，对网络中的弱连通体、路径长度和强连通体进行了结构和生物学意义的讨论。接下来，将重点放在网络的最大弱连通体，提出了一种全新的基于距离的分解方法。将这种方法应用于枯草芽孢杆菌不包含σ因子的基因转录调控网络，得出了32个模块，并对每个模块进行了明确的生物学功能定义。 研究结果表明基于距离的分解方法对于确定转录调控网络中的生物学功能模块十分有效。

目录

文摘

英文文摘

声明

第一章 文献综述

1.1 系统生物学综述

1.1.1 系统生物学的诞生

1.1.2 系统生物学的研究内容

1.1.3 系统生物学的发展方向

1.2 生物网络

1.3 生物网络的图论研究方法

1.3.1 连接度

1.3.2 连接度的分布

1.3.3 路径长度

1.3.4 聚集系数

1.3.5 连通体

1.4 基因转录调控网络

1.4.1 基因转录调控过程

1.4.2 基因转录调控网络的建模方法

1.4.3 基因转录调控网络的研究进展

1.4.4 枯草芽孢杆菌基因转录调控网络的研究进展

1.5 枯草芽孢杆菌简介

1.6 本文研究内容

第二章 枯草芽孢杆菌基因转录调控网络的构建

2.1 包含σ因子基因转录调控网络的构建

2.1.1 获得数据

2.1.2 转录调控数据整合

2.1.3 生成网络

2.2 不包含σ因子基因转录调控网络的构建

2.3 本章小结

第三章 枯草芽孢杆菌包含σ因子基因转录调控网络的分析和网络分解

3.1 拓扑性质

3.1.1 拓扑结构

3.1.2 与酵母转录调控网络拓扑性质的比较

3.2 分层的网络分解方法

3.2.1 强连通体的分离

3.2.2 确定包含σ因子网络的网络中心

3.2.3 划分模块的初步过程

3.2.4 分解结果

3.3 不分层的网络分解方法

3.4 两种方法的比较和总结

3.4.1 强连通体分离的否定

3.4.2 模块共享基因的归属

3.5 本章小结

第四章 枯草芽孢杆菌不包含σ因子基因转录调控网络的分析和网络分解

4.1 连接结构

4.1.1 弱连通体

4.1.2 网络的直径

4.1.3 强连通体

4.2 基于距离的分解方法

4.2.1 确定网络中心

4.2.2 建立距离矩阵

4.2.3 划分模块

4.3 模块生物学功能

4.3.1 生物学功能定义

4.3.2 从模块内部结构分析生物学功能

4.4 本章小结

第五章 结论与展望

5.1 结论

5.2 展望

参考文献

论文发表

附录

致 谢