《幾種典型生物振盪系統的動態特徵及其網路結構》是依託蘇州大學，由楊凌擔任項目負責人的面上項目。
基本介紹
- 中文名：幾種典型生物振盪系統的動態特徵及其網路結構
- 項目類別：面上項目
- 項目負責人：楊凌
- 依託單位：蘇州大學
項目摘要,結題摘要,
項目摘要
生物系統的振盪現象豐富多彩。本項目中，我們擬研究幾類典型的生物振盪系統，包括：（1）細胞分裂周期，其振盪周期具有很強的可變性，但振幅固定，並且系統內部出現多振子的鎖相行為；（2）生物鐘節律，其周期異常魯棒，但振幅變化大，相位則容易被牽引。（3）新陳代謝中的一些振子。我們擬建立真實可信的數學模型，來研究這些動態特徵及其對應的調控網路結構。..由於不同的生物調控手段（轉錄、修飾、位置轉移等）有不同的數學模型描述，我們尤其關注網路結構中調控手段不同所帶來的影響。我們希望這項研究，能夠揭示合理的生物學機制，也為信息與數理科學提供理論結果和一些啟示。
結題摘要
生物系統的振盪現象豐富多彩，並且與調控網路結構有密切關係。我們利用非線性動力學的理論工具，結合生物實驗驗證，揭示這些振盪行為的根本機制。 （1）在細胞周期方面，我們揭示裂殖酵母的細胞體積檢查點的形成機制：這個檢查點是通過體積參數與有絲分裂促進因子MPF的相平面上的鞍結點分叉實現的。（2）生物節律方面，我們首先揭示了調控網路中次要反饋環與主反饋環的協調調控對周期長度的影響：是兩個反饋環的振幅之比（而非任何單個環）決定了周期的長度；進一步地，兩個反饋環之間的耦合，提供了振幅之間的連鎖，從而保證了周期長度的魯棒性。另外，我們還揭示了生物鐘奇異性行為的機制（特定刺激下，振幅在較長的時間內被壓制）：特定刺激能把細胞群牽引到不動點的穩定流形附近，一方面造成細胞間相位失同步，同時也壓制單細胞的振幅。 （3）新陳代謝中的糖酵解振子方面，我們使用控制理論中頻域控制的敏感性分析方法揭示了缺少葡萄糖情況下糖酵解的暫態振盪的機理，並闡述了生物體建立這種報警機制的設計原則。 本項目成果的兩個關鍵特點是：（1）把數學模型與實驗結合起來：在關於生物節律的工作中，我們真正實現了模型預測--＞實驗驗證--＞反饋模型的過程。此文章發表在生物信息最好的雜誌NAR(IF 9.2)上。（2）我們的建模不流於淺表，而是深入運用生物學知識，建立了比“基因-RNA-蛋白“模型更精確的“順式/反式元件調控”模型。
