Mathematical modelling of arabidopsis flowering time gene regulatory network
Arabidopsis çiçeklenme zamanı gen düzenleyici ağının matematiksel modellenmesi
- Tez No: 740587
- Danışmanlar: DR. BENOIT HUARD, PROF. DR. MAIA ANGELOVA
- Tez Türü: Doktora
- Konular: Biyoistatistik, Matematik, Biostatistics, Mathematics
- Anahtar Kelimeler: Belirtilmemiş.
- Yıl: 2018
- Dil: İngilizce
- Üniversite: University of Northumbria at Newcastle
- Enstitü: Yurtdışı Enstitü
- Ana Bilim Dalı: Matematik Ana Bilim Dalı
- Bilim Dalı: Uygulamalı Matematik Bilim Dalı
- Sayfa Sayısı: 159
Özet
Arabidopsis Thaliana'nın çiçeklenmesinin deneysel çalışmaları, büyük bir karmaşık gen düzenleyici ağının (GRN) çiçeklenmenin düzenlenmesinden sorumlu olduğunu gösterir. Bu süreç son zamanlarda deterministik diferansiyel denklemlerin, gen aktivatörleri ve inhibitörler arasındaki etkileşimleri göz önüne alınarak modellenmiştir. [Valentim ve diğerleri, 2015, van Mourik ve diğerleri, 2010]. Ancak, yayınlanan çalışmalara göre, modellerin karmaşıklığı nedeniyle ağın özellikleri ve bireysel genlerin rolleri sayısal çözümden çıkarılamaz. Bu çalışmada, deterministik ve stokastik dinamik Arabidopsis çiçekli GRN modelleri, [Valentim ve diğerleri, 2015]'te tanıtılan gecikmeli deterministik model takip edilerek değerlendirilir. Bu modelin stabil bir çözümü, tek tek çiçeklenme için bireysel genlerin çiçeklenmedeki rolünün daha fazla araştırılmasına katkıda bulunan lineerizasyonu ile aranır. Bazı konsantrasyonları ayrıştırarak, transkripsiyon faktörü olan Suppressor of Overexpression of Constants1 (SOC1) ve Leafy (LFY) ve Apetala1 (AP1) gibi önemli floral meristem tanımlı genleri tarafından oynanan rolü vurgulamak için sistem boyutu azaltılmıştır. Leafy (LFY) ve Apetala1 (AP1) dinamiklerine dayanan iki boyutlu motifler, çiçeklenmeyi belirleyen azaltılmış ağ ve parametre aralıklarından elde edilir. Kararlılık analizleri, deneysel bulgulara dayanarak, LFY ve AP1'in çiçeklenme için birbirlerini düzenleyici olduğunu gösteriyor (bkz. 2001, Welch ve diğerleri, 2004, Yeap ve diğerleri, 2014]). Ayrıca, indirgenmiş motiflerdeki iki tür stokastik öğeyi tanıtarak ve araştırarak, gürültünün rolü araştırılmıştır. Lyapunov kararlılık teorisi kullanılarak, stokastik modeller için ortalama kare kararlılığının yeni yeterlilik koşulları ve bunların alanı analitik olarak elde edildi. Euler-Maruyama yöntemi ve Ito stokastik formülü kullanılarak sayısal çözümler elde edilmiştir. Arabidopsis çiçeklenme zamanının stokastik motiflerinin tüm sistemin temel davranışını yakalayabildiğini ve stokastik etkilerin bir kararlılık anahtarı aracılığıyla, kararlılık bölgesinin davranışı değiştirebileceğini gösteriyoruz. Ayrıca, FT'nin kontrol girdisi olarak görüldüğü bir gözlemci ve bir kontrolör tasarlama problemi, çiçeklenme koşullarının sağlanması amacıyla ele alınmıştır. Bu çalışma böylece bir Arabidopsis çiçeklenmesinde LFY ve AP1'in rolünün daha iyi anlaşılmasını sağlamaktadır.
Özet (Çeviri)
Experimental studies of the flowering of Arabidopsis Thaliana have shown that a large complex gene regulatory network (GRN) is responsible for its regulation. This process has recently been modelled with deterministic differential equations by considering the interactions between gene activators and inhibitors [Valentim et al., 2015, van Mourik et al., 2010]. However, due to the complexity of the models, the properties of the network and the roles of the individual genes cannot be deduced from the numerical solution the published work offers. In this study, deterministic and stochastic dynamic models of Arabidopsis flowering GRN are considered by following the deterministic delayed model introduced in [Valentim et al., 2015]. A stable solution of this model is sought by its linearisation, which contributes to further investigation of the role of the individual genes to the flowering. By decoupling some concentrations, the system has been reduced to emphasise the role played by the transcription factor Suppressor of Overexpression of Constants1 (SOC1) and the important floral meristem identity genes, Leafy (LFY) and Apetala1 (AP1). Two-dimensional motifs, based on the dynamics of LFY and AP1, are obtained from the reduced network and parameter ranges ensuring flowering are determined. Their stability analysis shows that LFY and AP1 are regulating each other for flowering, matching experimental findings (see e.g. [Bl´azquez et al., 2001, Welch et al., 2004, Yeap et al., 2014]). Moreover, the role of noise is studied by introducing and investigating two types of stochastic elements into the motifs. New sufficient conditions of mean square stability and their domain are obtained analytically for the stochastic models using Lyapunov stability theory. Numerical solutions are obtained by using Euler-Maruyama method and Ito stochastic formula. We demonstrate that the stochastic motifs of Arabidopsis flowering time can capture the essential behaviour of the full system and that stochastic effects can change the behaviour of the stability region through a stability switch. Furthermore, the problem of designing an observer and a controller, in which FT is seen as a control input, is considered in the objective of ensuring flowering conditions are met. This study thus contributes to a better understanding of the role of LFY and AP1 in Arabidopsis flowering.
Benzer Tezler
- Orta kalibre top namlusunda yanma olayının matematiksel modellenmesi
Mathematical modelling of combustion phenomenon at meduim caliber cannon barrel
DOĞUŞ ÜNSAL
Yüksek Lisans
Türkçe
2024
Savunma ve Savunma TeknolojileriKonya Teknik ÜniversitesiMakine Mühendisliği Ana Bilim Dalı
DR. ÖĞR. ÜYESİ SERCAN DOĞAN
- İçme suyu ana isale hatlarında dezenfeksiyon işlemlerinin matematiksel modellemesi
Mathematical modelling of drinking water disinfection process in main transmission lines
ALPER TUNGA BOZKURT
Yüksek Lisans
Türkçe
2009
Çevre MühendisliğiSakarya ÜniversitesiÇevre Mühendisliği Ana Bilim Dalı
YRD. DOÇ. DR. FATİH KARADAĞLI
- Mathematical modelling of predator-prey dynamics in complex environments
Başlık çevirisi yok
HALİL İBRAHİM EĞİLMEZ
- Mathematical modelling of radiative heat transfer in participating media
Işınım ısı transferinin katılımcı ortamda modellenmesi
HAKAN ERTÜRK
Yüksek Lisans
İngilizce
1997
Makine MühendisliğiOrta Doğu Teknik ÜniversitesiMakine Mühendisliği Ana Bilim Dalı
PROF. DR. FARUK ARINÇ
- 7.3L dizel motorunun matematiksel modellenmesi ile silindir içi parametrelerin, performansın ve egzoz emisyonlarının incelenmesi
Mathematical modelling of 7.3L diesel engine and investigating its parameters and exhaust emissions
OLCAY ATAY
Yüksek Lisans
Türkçe
2009
Makine Mühendisliğiİstanbul Teknik ÜniversitesiMakine Mühendisliği Ana Bilim Dalı
PROF. DR. RAFİG MEHDİYEV