《基因調控網路振子的結構理論與保結構模擬研究》是依託南京農業大學，由游雄擔任項目負責人的面上項目。
基本介紹
- 中文名：基因調控網路振子的結構理論與保結構模擬研究
- 依託單位：南京農業大學
- 項目類別：面上項目
- 項目負責人：游雄
項目摘要,結題摘要,
項目摘要
在分子水平套用現代數學藉助計算機探索複雜生命現象是當今生命科學的標誌。本項目研究微分方程刻畫的DNA、mRNA和蛋白質濃度變化關係的基因調控振子系統的動力學。本項目將系統研究基因調控網路振子的極限結構（穩態、不變流形、混沌）、振盪結構（周期或擬周期性）、守恆結構(Hamilton能量、動量和微分2-形式)、分叉結構（局部與整體）、時間結構（正負反饋、快慢變、時間可逆轉性、時滯）、擾動結構（噪音）等動力學結構。鑒於傳統數值方法不能（長期）保持精確解物理性質的缺陷，本項目將重點研究適應於基因調控振子系統長時間計算的最佳化色散與耗散、辛、對稱、保能量、保穩態及其穩定性等保結構高效算法，建立處理高振盪與高維問題的有效途徑，通過計算掌握和控制基因調控振子系統的性態。對馬鈴薯CONSTANS、miRNA等調控網路進行實證分析與模擬，預測馬鈴薯塊莖形成的適合光周期及花色素積累的適合溫度。
結題摘要
本項目以非線性基因調控振子的結構理論和保結構數值方法（RK型和RKN型方法）為中心課題，進行了大量的系統研究工作。獲得了一系列的工作成果，在Computer Physics Communications, Journal of Mathematical Chemistry, Computational and Mathematical Methods in Medicine, Numerical Algorithms等國際著名刊物發表了SCI收錄論文21篇，EI收錄會議論文1篇，Springer出版社出版英文學術專著1部；國核心心期刊發表中英文論文3篇。項目主要科學成果有：（1）探索了基因調控網路振子的兩類主要特徵結構（漸近穩定平衡態與周期振盪）。（2）對具有穩定平衡態的負反饋基因調控系統建立了Runge-Kutta型指數方法和基於線性主向量場分解的分裂方法（splitting）；（3）對振盪基因調控網路建立了相擬合與耗散擬合的RK型方法（FRK），確定了同時依賴於問題和方法的最佳擬合頻率。（4）兩導數Runge-Kutta型和 Runge-Kutta-Nyström型算法有效地提高了算法的保結構性能。（5）獲得了一系列數值求解一階和二階振盪系統擬合型RK(N) 方法的理論結果（特殊擴展Nyström樹理論、代數階條件、辛條件、對稱性條件、指數擬合、三角擬合、相擬合與耗散擬合條件），並推導了大量實用的數值格式。（6）新的數值方法用於單基因自調控系統、兩基因交叉調控系統、果蠅生物鐘周期蛋白振盪系統、p53-mdm2調控系統等系統的數值模擬，與文獻中的高效算法相比，計算精度和計算效率都更高。（7）數值方法用於輔助馬鈴薯花色苷合成調控與β-乳球蛋白澱粉狀纖維形成等生物學問題的研究。（8）項目培養了26名碩士畢業生（含1名留學碩士）和5名博士畢業生，培育了一支包括3名中青年研究骨幹的科研隊伍。廣泛的國際國內交流，有力的推動了項目的進展，擴大的課題組的國際影響力。
