《秀麗隱桿線蟲的基因調控時空間動態貝葉斯網路研究》是依託廈門大學，由胡杰擔任項目負責人的青年科學基金項目。
基本介紹
- 中文名：秀麗隱桿線蟲的基因調控時空間動態貝葉斯網路研究
- 項目類別：青年科學基金項目
- 項目負責人：胡杰
- 依託單位：廈門大學
項目摘要,結題摘要,
項目摘要
為研究受精卵發育成擁有不同組織的個體的過程，生物學家以秀麗隱桿線蟲的胚胎為對象，拍攝了大量的4D共焦影片。然而，系統的統計方法的缺乏，阻礙了對這一新穎但高噪聲數據集的全面深入分析。在探測了不同基因的表達開始時刻和表達細胞之後，我們致力於對這一二叉樹型結構的不成對數據進行更加深入的挖掘，發展一套適用於擁有樹型結構的數據的建模分析處理方法。首先，我們對基因表達數據進行函式擬合，帶延時的線性模型和常微分方程模型均被採用作為描述基因之間調控關係的備選模型。參數估計和擬合結果將被用來檢驗兩基因表達數據之間的函式關係是否為真。最後，這些被判斷為真的調控關係將會被用來構建動態基因調控關係的貝葉斯網路，其中動態體現在時間和空間兩個維度上。我們希望藉此可以找到那些具有時間或者空間特異性的基因調控關係，並探究其與細胞分化和細胞功能之間的聯繫，從而為解釋及控制細胞分化做出一定的貢獻。
結題摘要
生物體的基因表達模式一直是研究的熱點問題，其可以極大促進基因調控、細胞分化、器官再造等領域的發展。隨著大數據時代的來臨以及實驗技術手段的不斷進步，研究人員獲得了越來越多高質量高精度的數據集合。但是由於這些數據結構複雜且容量龐大，傳統的研究方法已不能適用於新型數據並解決實際問題。本項目旨在針對一些新的生物實驗數據，建立一套新的機率模型和統計推斷方法，並將其套用到實際數據中。具體包括：1. 針對樹型結構的秀麗隱桿線蟲單細胞基因表達數據，建立了樹型結構數據的二維模型，提出了樹型結構相關係數的概念，套用貝葉斯方法對參數進行了估計，並對模型結構和參數等進行了大規模的敏感性分析。同時，我們提出了樹型結構數據相關性的幾何解釋，不僅從理論上證明了該解釋的合理性，而且提出了一套可以定性比較樹型結構相關性大小的實際操作方法。最後，針對單總體以及兩總體樹型結構的單邊、雙邊假設檢驗問題，提出了新的檢驗方法。2. 為檢測基因表達的調控網路，建立了新的既考慮了隱藏層同時也將延時參數視為連續型變數的常微分方程模型，並提出了新的兩步參數估計方法。通過模擬實驗，證明了該方法相對傳統模型具有很大的優勢。同時，我們也將該方法套用到裂殖酵母的基因表達數據中，並與線上資料庫的文獻資料進行了比對。3. 針對SW620結腸癌細胞系實驗數據，建立了新的考慮實驗軌道均值以及方差的機率模型，利用貝葉斯統計方法給出了分化和逆向分化速率的估計方法，並從模型選擇的角度闡明了可塑性模型相比於經典層次模型的優越性。基於這套方法，我們發現模型參數值對細胞分選初始比例具有較為顯著的依賴性，從而提示了可塑性機制發生率的可變性。4. 針對拓撲結構未知的樹型結構數據，建立了隨機事件沿路徑傳播的機率模型，利用貝葉斯方法探測事件傳播路徑並對模型參數進行了參數估計以及大規模敏感性分析。
