小麥春化基因模型建立與非線性研究分析

小麥春化基因模型建立與非線性研究分析小麥(Triticumaestivum.L)屬于禾本科小麥屬糧食作物,其生長過程中必須經(jīng)過一段低溫處理才能促進(jìn)花芽形成和花器官的發(fā)育,這個過程被稱作春化。小麥作為全世界廣泛種植的糧食作物其產(chǎn)量與小麥春化息息相關(guān),所以小麥的春化作用一直是育種工作者研究的熱點(diǎn)問題。隨著生物科學(xué)研究方法的不斷改進(jìn),對于小麥春化作用的認(rèn)識也不斷地深入。小麥春化是植物體多基因、多因素共同作用的一個復(fù)雜的生理過程。目前對于春化作用機(jī)制的研究主要是探究各個基因與影響因素的相互作用,根據(jù)實(shí)驗(yàn)結(jié)果建立調(diào)控網(wǎng)絡(luò)來分析春化機(jī)制。春化過程中各種影響因素在基因調(diào)控網(wǎng)絡(luò)中的關(guān)聯(lián)效應(yīng)不是簡單的相加,那么就不能用線性的分析方法來進(jìn)行研究。為了反映網(wǎng)絡(luò)中的各因素的動態(tài)變化過程對小麥生長的影響,需要建立非線性模型來研究分析。利用非線性動力學(xué)模型來研究生物現(xiàn)象已經(jīng)在很多生物學(xué)領(lǐng)域得到應(yīng)用,例如Logistic模型來研究種群增長規(guī)律；P53-Mdm2模型來研究P53信號通路與腫瘤或者響應(yīng)DNA損傷的關(guān)系等。本次研究通過對調(diào)控春化作用的兩個主要基因：VRN1(VERNALIZATION1)和VRN2(VERNALIZATION2)的互作方式的分析,發(fā)現(xiàn)其互作模式反饋回路與P53-Mdm2調(diào)控模型和Hes1模型極為相似,因此在此類模型的基礎(chǔ)上,結(jié)合非線性模型中的變量分析方法、公式表達(dá)方法以及小麥春化研究實(shí)驗(yàn)中的數(shù)據(jù)和現(xiàn)象建立春化基因的非線性模型,最后使用Matlab2013a進(jìn)行結(jié)果模擬。模擬結(jié)果表明此次研究建立的模型可以表達(dá)春化過程中VRN1和VRN2的表達(dá)量隨時間的變化情況與趨勢,兩類基因?qū)Υ夯饔谜{(diào)控時的互作模式與實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象相符合。此外還發(fā)現(xiàn)VRN1和VRN2的生成率和降解率對春化作用都有重要的影響。對VRN1的降解率加入干擾后會對模型造成較大的影響,所以一旦增大VRN1降解率,會影響到春化結(jié)束后VRN1的表達(dá)量,對開花造成影響；VRN2的生成率對模型穩(wěn)定性不會有太大影響,說明VRN2對后期春化作用的影響已明顯減弱；但是VRN2的降解率對于系統(tǒng)的穩(wěn)定至關(guān)重要,它在很大程度上影響VRN1-VRN2的表達(dá),通過提高VRN2的降解率可以縮短VRN2的降解時間,使VRN1的表達(dá)量盡快滿足促進(jìn)開花的條件,這對于北方優(yōu)質(zhì)小麥向較為溫暖地區(qū)引種工作是有意義的。在評價(jià)基因、mRNA、蛋白質(zhì)的穩(wěn)定性時一般只考察相關(guān)降解率的大小,對于生成率的關(guān)注較少。此次研究中調(diào)控VRN1、VRN2的生成率和降解率的數(shù)值,圖形產(chǎn)生的變化證明實(shí)際生長狀況下兩者對春化作用都有重要的影響,由此可以說明生成率也是