[发明专利]一种基于微分方程模型的基因调控网络的构建方法

说明书

本发明提供一种基于微分方程模型的基因调控网络的构建方法，涉及生物技术和复杂网络科学领域，步骤：在不同时间点对细胞周期以及特定状态条件下的基因表达进行测定，观测各个时间点上或细胞周期中基因表达的变化情况，寻找调控基因和目标基因；获取基因表达的时间序列数据，时间序列数据采用离散化方法，离散成数个表达水平；利用常微分方程的迭代算法，根据建模目的和问题分析做出相应的假设，从大规模基因表达数据中挖掘基因之间的相互作用关系，给出基因调控网络的拓扑结构模型；设定基因调控网络的时间延迟；将基因调控网络图形化展示并进行结构分析；对目标基因调控关系将基因调控网络实验验证。本发明通过数据的初始化处理，减弱了复杂度较高、计算量大的缺点。

技术领域

本发明涉及生物技术和复杂网络科学领域，尤其涉及一种基于微分方程模型的基因调控网络的构建方法。

背景技术

基因支持着生命的基本构造和性能。储存着生命的种族、血型、孕育、生长、凋亡等过程的全部信息。环境和遗传的互相依赖，演绎着生命的繁衍、细胞分裂和蛋白质合成等重要生理过程。

探索和发现基因之间的调控关系与相互作用机制是生命科学中的研究热点和前沿主题，而从基因表达数据推理出基因调控网络是其研究方向之一。

生物体在个体发育的不同时期、不同部位，通过基因水平、转录水平等的调控，表达基因组中不同的部分，其结果是完成细胞分化和个体发育。基因的选择性表达是指在细胞分化中，基因在特定的时间和空间条件下有选择表达的现象，其结果是形成了形态结。

目前构建基因调控网络主要有布尔网络、微分方程和贝叶斯网络等方法，这些方法都在不同层次上对真实的调控网络进行了抽象化。

现有的微分方程构建基因调控网络存在的缺陷：复杂度较高、计算量大、抗噪声能力差，实用性差。

发明内容

本发明的目的在于提供一种基于微分方程模型的基因调控网络的构建方法，以解决上述技术问题。

本发明为解决上述技术问题，采用以下技术方案来实现：

一种基于微分方程模型的基因调控网络的构建方法，其特征在于，包括以下步骤：

(1)在不同时间点对细胞周期以及特定状态条件下的基因表达进行测定，观测各个时间点上或细胞周期中基因表达的变化情况，寻找调控基因和目标基因；

(2)获取基因表达的时间序列数据，时间序列数据采用离散化方法，离散成数个表达水平；

(3)利用常微分方程的迭代算法，根据建模目的和问题分析做出相应的假设，从大规模基因表达数据中挖掘基因之间的相互作用关系，给出基因调控网络的拓扑结构模型；

(4)设定基因调控网络的时间延迟；

(5)将基因调控网络图形化展示并进行结构分析；对目标基因调控关系将基因调控网络实验验证。

作为优选，所述基因调控网络的时间延迟是基于多点延迟调控网络算法。

本发明的有益效果是：

本发明一种基于微分方程模型的基因调控网络的构建方法，通过数据的初始化处理，减弱了复杂度较高、计算量大的缺点。同时能很好地描述基因表达水平随时间变化趋势，并重建基因调控网络，具备抗噪声能力。

具体实施方式

为了使本发明实现的技术手段、创作特征、达成目的与功效易于明白了解，下面结合具体实施例，进一步阐述本发明，但下述实施例仅仅为本发明的优选实施例，并非全部。基于实施方式中的实施例，本领域技术人员在没有做出创造性劳动的前提下所获得其它实施例，都属于本发明的保护范围。下述实施例中的实验方法，如无特殊说明，均为常规方法，下述实施例中所用的材料、试剂等，如无特殊说明，均可从商业途径得到。