概率布尔网络长程相关性的相关理论及应用研究

The analysis of dynmaical behaviors of genetic regulaotory networks is very critcal for us to understand the ralationship between structure and function. Long-range correlation is an important dynamic to reflect the smoothness of system's running behavior. Generaly, devaition from 1/f process has been assocoated with change of functions. However, such dynamic of genetic regulatory network has been paied few attention. In this project, we will study this issule based on the probability boolean networks. It mainly includes:the phase space of the long-range correlation of PBN, the mechanisms of 1/f processs, the robustness of 1/f process, the application of 1/f process in network inference and intervention, and the character of 1/f process in real cellular process. We believe this investigation will can accelerate the study of network dynamic behaviors, modelling and intervention and then provides a concrete therotic foundation for the diagnosis and prevention of diseases.

基因调控网络的动态行为分析对于认识网络结构与功能的关系具有重要的意义。长程相关性是一种反应动态系统运行平滑性的动态行为。偏离1/f过程的系统往往预示系统功能的变化或失调。目前有关基因调控网络长程相关性的研究很少，本项目拟以概率布尔网络模型为基础，研究基因调控网络的1/f过程的相关理论及其应用。主要内容包括：概率布尔网络的长程相关性的相变特征；网络1/f过程的产生原因或机制；网络1/f过程的鲁棒性；1/f过程在网络推理及干预方面的应用，以及典型细胞过程的1/f过程与细胞周期分裂、分化、及增生等方面的关系等。项目的研究将会促进基因调控网络的动态行为、建模及干预方面的研究,为疾病的预防诊断科治疗奠定理论基础。

基因调控网络是系统生物学研究的一个核心，调控网络的变化决定了细胞形态的行为和功能。因而与疾病的发生，发展具有密切的作用。本项目的研究主要围绕基因调控网络，开展了以下四个方面的研究：（1）基于布尔网络的基因调控网络的动态行为，动态行为对于我们认识系统的动态特性，演化特征等具有主要的意义，有助于揭示系统的动力学特征；我们研究了概率布尔网络1/f特征，并结合实际的典型模式生物网络模型，发下来来哦这些癌症细胞网络都具有1/f特征。系统的吸引子确定是研究是布尔网络动态行为的关键，我们提出了一直基于布尔函数归约的快速吸引子确定算法，聪哥可以确定100左右节点规模的吸引子；我还研究了布尔函数的稳定性问题，提出了一直更一般的具有高度保守性的布尔函数类型。（2）网络的预测及基于网络的干预是基因调控网络研究的核心，我们提出了一直三规则的基于时序数据的网络预测方法。针对预测中的假阳性问题，我们将最短边数长度和互信息英语于bestfit方法，明显降低了网络徐策中的假阳性。此外，主队目前一位扰动算法的时间问题，我们提出了一直基于状态空间更新的最有干预方法，该方法可以应用于30个基因规模的网络干预问题的研究（3）基于基因表达谱数据的差异基因的研究，对于特定的系统，基因表达的差异是导致系统运行行为异常的一个特征，通过挖掘其中的关键差异基因，能够认识基因在疾病发生发展过程的作用和意义。我们将图元向量应用于共表达网络，提出了基于图元向量的差异网络分析方法（4）基于生物通路的癌症相关通络的研究，通路是一种生物学家确定的经验知识，其中给出了具体的生物信号传导过程，基于这一过程我们可以认识疾病发生的机理。我们提出了基于最小生成树树的子通路分析方法；此外，我们还结合基因之间的相互作用强度，将这一概念应用于通路分析，明细那提高了癌症相关通路的精度。总之，本项目围绕网络的动态行为，预测干预、差异基因以及癌症相关通路等问题，进行了深入的研究，项目的研究对于认识疾病的发生发展具有一定的科学意义。