本文主要利用复杂系统与网络科学所有提供的思想，通过从基因功能到网络结构和从网络结构到基因功能两种途径，对转录调控网络的功能模块进行分析和研究，以进一步了解和掌握转录调控网络中结构与功能之间的关系。转录调控是基因表达的重要环节，对生物的遗传和进化起到了至关重要的作用。随着网络科学理论的发展，人们试图以复杂网络理论为基础，从基因之间相互作用的角度，通过对基因调控网络的拓扑结构进行分析和挖掘，来揭示生物转录调控过程的复杂作用机理及其功能信息。模块性是复杂生物网络的基本特征之一，将网络模块结构与生物功能相联系是目前生物网络分析的一种有效方法，这种联系工作主要有两种：一种是基于已知的功能注释确定网络中具有相关功能的模块并进行结构分析；另外一种是基于网络拓扑结构从网络中识别出具有一定生物功能的模块。然而，目前基于功能注释对转录调控网络功能模块的划分仍然没有一个统一的标准，不同数据库中的模块划分标准和功能注释目录各不相同，从而导致不同生物的转录调控网络功能模块无法进行比较分析。在模块识别方面，由于转录调控网络是功能模块普遍并高度重叠的复杂定向网络，因此需要具有针对性的特殊识别方法才能够在转录调控网络中有效地识别出功能模块，从而达到通过基因间转录调控关系预测基因功能的目的。鉴于上述问题和需要，本文首先提出了一个能够同时应用于原核和真核生物的功能注释目录，并基于该目录从大肠杆菌和酵母的转录调控网络中提取了代谢功能基因转录调控子网和10个功能模块子网，对它们的拓扑结构属性进行比较分析，发现了具有生物学意义的结构特征。然后，依据转录调控网络的结构特征，提出了两种主要适用于原核生物转录调控网络的功能模块识别算法和一种主要适用于真核生物转录调控网络的功能模块识别算法。具体的研究内容和创新点主要包括以下五个方面：⑴本文提出了一种新的层次功能注释目录MulLevFun，该目录比以往的功能注释目录具有更广泛的应用范围。利用该目录在大肠杆菌和酵母的转录调控网络中提取出更加完整的代谢功能基因转录调控子网及其功能模块子网，并对它们的拓扑结构属性进行了分析比较，发现代谢功能基因转录调控子网的拓扑结构与转录调控网络非常相似，与功能模块子网具有很大差异。⑵为了在相对稀疏的原核生物转录调控网络中识别功能模块，本文提出了一种基于边相似度的模块识别算法OMDL。该算法以网络中的边作为模块划分的基本单元，与以往基于节点相似度的模块识别算法相比，该算法可以更加有效地在网络中识别出普遍重叠的模块。利用该算法对大肠杆菌转录调控网络进行模块识别并与其他算法比较，结果证明OMDL算法能够在原核生物转录调控网络中有效地识别功能模块，并且比以往算法具有更高的准确度。⑶为了提升模块识别速度和准确度，本文对OMDL算法进行了改进，提出了基于边网络的快速模块识别算法FOMDL。该算法改进了边相似度的计算方法，然后将原来的定向网络转换为无向权值的边网络，权值边网络中的节点代表原定向网络中的边，而边的权值代表原定向网络中边与边之间的相似度值。对边网络进行模块识别，再将结果映射至原网络中得到最终的模块划分。利用该算法对大肠杆菌转录调控网络进行模块识别，结果证明FOMDL算法能够在原核生物转录调控网络中有效地识别功能模块，并且比OMDL算法具有更高的准确度和更快的识别速度。⑷为了在相对密集的真核生物转录调控网络中识别功能模块，本文提出了一种基于三元组分布特征的模块识别算法OMDT。三元组作为由三个节点构成的网络最小子网，其分布特征在实际网络中具有很强的规律性。该算法以边的邻接三元组的分布作为边的特征值，以此为基础计算边与边的相似度进而识别网络模块。利用该算法对酵母转录调控网络进行模块识别并与其他算法比较，结果证明OMDT算法能够在真核生物转录调控网络中有效地识别功能模块，并且在识别模块间重叠节点方面比以往算法具有更高的准确度。综上所述，本文在转录调控网络功能模块结构分析和功能模块识别两个方面取得了创新性进展，为转录调控网络的功能模块性分析给出了新的思路。