蛋白质结构域组合网络拓扑结构比较分析及其网络演化模型的研究

结构域是蛋白质结构和功能的标准组件，绝大部分蛋白质由单个或者多个结构域组成，研究结构域的进化对理解蛋白质的功能和进化甚至整个复杂生物系统等都十分重要。本项目将基于复杂网络来研究生物体中结构域的进化规律和潜在机制，并提出了一个复杂网络演化模型：1）考虑结构域短程作用，建立蛋白质结构域组合网络模型，通过研究大量已测序物种的结构域网络拓扑结构，探索其潜在的网络进化规律；2）考虑网络局域环境影响因素，提出网络中节点重要性衡量指标，并建立结构域进化与其在网络中重要性的关系，探索结构域重要性的进化驱动力；3）基于结构域组合网络拓扑特性和进化规律，提出结构域组合网络演化模型，定量地探索结构域在进化过程中如何通过自组织和自然选择的相互作用来适应环境的。本课题旨在结构域水平研究蛋白质组在进化过程所遵循的规律及机制。同时本项目提出的网络演化模型也将为生物复杂系统的研究提供了一个新的网络原型系统。

结构域是蛋白质结构和功能的标准组件，绝大部分蛋白质由单个或者多个结构域组成，研究结构域的进化对理解蛋白质的功能和进化甚至整个复杂生物系统等都十分重要。本项目利用复杂网络理论研究了生物体中结构域的进化规律和潜在机制，提出了一个复杂网络演化模型，并开发了一套网络计算和模拟的计算机软件。主要研究成果包括：1）考虑了结构域的短程作用，构建了蛋白质结构域组合网络模型，通过研究公共数据库中大量已经完整测序的真核生物，发现了网络进化规律；2）提出了网络中节点重要性指标，并建立与结构域功能的联系；3）基于前两部分工作，实现了结构域组合网络演化模型，探讨了结构域在进化过程中不同机制的相互作用过程；4）基于matlab平台，开发了一个能够进行网络计算和网络模拟的软件工具。本项目的研究成果对于研究生物复杂系统具有一定的科学价值，网络演化模型为生物复杂系统的研究提供了一个新的网络原型系统，帮助我们更好地认识隐藏在复杂背景中的生命信息。