微生物代謝網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)分析及可視化工具設(shè)計.pdf

1、新陳代謝是生物體的核心功能之一，同時也是一個十分復(fù)雜的過程，對其進行分析理解是系統(tǒng)生物學(xué)研究的一個重要領(lǐng)域。將代謝網(wǎng)絡(luò)抽象為圖可以方便地進行計算，是常用的研究手段，對這些網(wǎng)絡(luò)的結(jié)構(gòu)特征進行分析有助于我們理解生物的代謝過程，具有重要的研究意義。
　　 雖然目前對代謝網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)特征的研究已經(jīng)得出了許多重要的成果，如網(wǎng)絡(luò)的無標度性、模塊性和魯棒性等，但還有一些不很清楚地問題，如這些結(jié)構(gòu)特征相互間的關(guān)系、結(jié)構(gòu)特征與環(huán)境間的關(guān)系等，本文對這

2、些方面做了探索，主要有以下幾點：(1)分析了現(xiàn)已有全基因組序列的1000多種原核生物代謝網(wǎng)絡(luò)的模塊化性質(zhì)，結(jié)果表明這些網(wǎng)絡(luò)的模塊度明顯地高于度序列相同的模擬隨機網(wǎng)絡(luò)，而其緊密度低于這些隨機網(wǎng)絡(luò)；(2)將從代謝網(wǎng)絡(luò)中提取的seedset作為模擬環(huán)境，分析代謝網(wǎng)絡(luò)和這些模擬環(huán)境間的交互情況，結(jié)果表明生活環(huán)境變化性大的物種在模擬條件下的環(huán)境魯棒性也較高。環(huán)境魯棒性好的物種，在其自身環(huán)境下的網(wǎng)絡(luò)魯棒性相對較差；(3)構(gòu)建了300多個元基因組的代

3、謝網(wǎng)絡(luò)，對元基因組代謝網(wǎng)絡(luò)和單基因組代謝網(wǎng)絡(luò)的拓撲性質(zhì)進行了比較，發(fā)現(xiàn)元基因組代謝網(wǎng)絡(luò)的代謝物數(shù)和反應(yīng)數(shù)比單基因組的情況高，但前者中seed物質(zhì)所占比例相比后者來說卻顯著地偏低，而二者在模塊度和緊密度方面則沒有明顯的區(qū)別。
　　 在進行代謝網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)分析的過程中，我們發(fā)現(xiàn)可視化是促進我們對代謝網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)理解和進行結(jié)果展示的重要手段，而目前的工具并不能完全滿足要求。我們開發(fā)了一個基于web的代謝網(wǎng)絡(luò)可視化工具NetVis，該工具內(nèi)提供