时间延迟和关联噪声对基因转录调节系统统计性质的影响

研究延迟时间τ和交叉关联噪声对基因转录调节系统关联函数C(s)和弛豫时间TC的影响.在小延迟近似下,利用微扰理论,得到了系统的定态概率分布函数Pst(x).基于Pst(x),通过Stratonovich解耦近似框架导出了C(s)和TC的近似表达式.数值计算结果表明,TC随乘性噪声强度D的变化曲线呈一单峰结构,τ和噪声间正关联时的关联强度λ的增大均使TC增大,而噪声间负关联时|λ|和加性噪声强度α的增大则使TC减小;系统态变量x(蛋白质浓度)的C(s)随时间s呈指数规律衰减,τ对C(s)的影响显示一个临界行为,即存在一个临界值τC,当τ<τC时,τ的增大使C(s)增大,而τ>τC时,使C(s)减小.λ>0时,λ增大使C(s)增大,而λ<0时,使其减小.D对C(s)的影响也显示一个临界行为,即D较小和较大时D的增大对C(s)的影响相反,然而,α的增大只会使C(s)值减小.

基因转录调节系统中噪声和时间延迟诱导的相变行为研究

用定态概率分布来研究基因转录调节系统中噪声和时间延迟诱导的相变行为.结果表明,延迟时间、噪声间的关联强度、乘性噪声强度的增大均可引起系统发生相变,即系统由双稳态变成单稳态,系统中蛋白质浓度状态可由"开"到"关"或由"关"到"开"转换.但是,噪声间为正关联时,关联强度和延迟时间的增大对系统起相反作用,而噪声间为负关联时,关联强度和延迟时间的增大对系统起相同作用.此外,加性噪声强度的增大不会引起系统的相变行为,但可以改变系统状态的稳定性.

色交叉关联噪声对基因转录调节系统的影响

研究了受色交叉关联噪声驱动的基因转录调节系统的瞬态性质(平均首通时间).据Novikov定理和Fox近似方法得到相应的Fokker-Planck方程,求出稳态概率分布函数的表达式.在此基础上运用最快下降法得到平均首通时间的近似表达式.经过数值计算,结果表明:在强关联,小关联时间条件下,蛋白质的浓度经历了开→关→开;在弱关联,大关联时间条件下,蛋白质的浓度经历了开→关.在基因转录过程中出现了重入现象.

枯草芽孢杆菌中色噪声诱导的ComK基因表达动力学

枯草芽孢杆菌(Bacillus subtilis)包含耦合的正负反馈环路,通过转录因子ComK的信号通路感知环境噪声波动,因此,研究噪声强度和自关联时间诱导下ComK表达动力学性质能有效揭示芽孢杆菌的演化进程。本研究观察了ComK表达系统中色噪声诱导蛋白质浓度转换的现象,根据诺维科夫理论和福克斯近似方法,计算出稳态概率分布函数的近似表达式。在此基础上应用最陡下降法计算出平均首通时间的近似表达式,分析了乘性噪声和加性噪声的强度及其自关联时间对稳态概率分布和平均首通时间的影响。结果表明,在不同乘性噪声和加性噪声的噪声强度下,平均首通时间会随着自关联时间的增大而变小,说明噪声强度和自关联时间会引起蛋白质浓度经历“开”→“关”的转换。

基因转录调控系统中的色噪声诱导转化研究

研究了基因转录调控系统中的色噪声诱导蛋白质浓度转换现象.据Novikov定理和Fox近似方法得到相应的Fokker-Planck方程,给出稳态概率分布函数、蛋白质浓度平均值及其平均首通时间的近似表达式,分析了噪声的自关联时间对稳态概率、平均值和平均首通时间的影响.研究表明,分解率的噪声的自关联时间引起蛋白质的浓度经历了"关"→"开"的转换;合成率的噪声的自关联时间引起蛋白质的浓度经历了"开"→"关"转换.然而,随着两种自关联时间的增大,平均首通时间增大,即蛋白质浓度之间的转换变得困难.数值模拟结果与理论预测基本符合.