【摘 要】
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越来越多的证据表明,噪声对基因调控网络的影响是不可忽视的。在本文中,我们分别从内信号随机共振(ISSR)和能量景观的角度研究了噪声对基因调控网络的动力学的影响.首先,我们
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越来越多的证据表明,噪声对基因调控网络的影响是不可忽视的。在本文中,我们分别从内信号随机共振(ISSR)和能量景观的角度研究了噪声对基因调控网络的动力学的影响.首先,我们研究了在Lévy噪声激励下基因调控网络中的内信号随机共振(ISSR)现象。数值模拟结果表明,当系统接近分岔点且在振荡区之外时,Lévy噪声可以诱导系统的蛋白质浓度产生周期振荡。进一步地,将噪声诱导的周期信号作为周期激励,研究了非线性系统、噪声诱导的周期信号和随机噪声共同作用下的ISSR现象。我们发现ISSR现象与分岔机制可能存在一定的联系。此外,我们还研究了不同噪声参数对ISSR现象的影响。仿真结果表明,稳定性指标存在一个最优区间,可以引起ISSR现象,偏度参数和位置参数对ISSR现象呈负相关。这一研究结果为揭示噪声在复杂基因调控网络中的积极作用机制提供了一条途径。其次,我们通过全局的局部分岔分析和能量景观研究了基因调控网络的全局动力学行为。结果表明,不同的系统参数可以诱导类似的分岔行为,并表现出丰富的动力学特性,包括单稳态、振荡和双稳态。随后,通过能量景观的方法,进一步验证了系统的动力学特性。另外,数值模拟结果显示:1)当控制参数在分岔值附近时,噪声能够扩展系统的振荡区间;2)在噪声激励下,系统动力学表现出明显的状态转移特征;3)对于非平衡振荡网络,势能量景观的负梯度力吸引系统至振荡路径,概率流驱动系统沿着路径振荡。最后,我们通过计算势垒高度和熵生产率从物理角度研究了系统振荡的稳定性。我们的方法具有较强的通用性,可以应用于其它复杂的基因调控网络中,探索其潜在的全局动力学特性。
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