Geri Dön

Mathematical modelling of arabidopsis flowering time gene regulatory network

Arabidopsis çiçeklenme zamanı gen düzenleyici ağının matematiksel modellenmesi

  1. Tez No: 740587
  2. Yazar: EMRAH HASPOLAT
  3. Danışmanlar: DR. BENOIT HUARD, PROF. DR. MAIA ANGELOVA
  4. Tez Türü: Doktora
  5. Konular: Biyoistatistik, Matematik, Biostatistics, Mathematics
  6. Anahtar Kelimeler: Belirtilmemiş.
  7. Yıl: 2018
  8. Dil: İngilizce
  9. Üniversite: University of Northumbria at Newcastle
  10. Enstitü: Yurtdışı Enstitü
  11. Ana Bilim Dalı: Matematik Ana Bilim Dalı
  12. Bilim Dalı: Uygulamalı Matematik Bilim Dalı
  13. 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

  1. Mathematical modelling of water supply systems

    Su iletim sistemlerinin matematiksel modellenmesi

    TOLGAY KARA

    Yüksek Lisans

    İngilizce

    İngilizce

    1999

    Elektrik ve Elektronik MühendisliğiGaziantep Üniversitesi

    Elektrik-Elektronik Mühendisliği Ana Bilim Dalı

    YRD. DOÇ. DR. İLYAS EKER

  2. Mathematical modelling of flotation conditions utilizing laplace transforms

    Flotasyon koşullarının laplace dönüşümleri kullanarak matematiksel modellemesi

    UFUK MALAYOĞLU

    Doktora

    İngilizce

    İngilizce

    1998

    Maden Mühendisliği ve MadencilikDokuz Eylül Üniversitesi

    Maden Mühendisliği Ana Bilim Dalı

    PROF. DR. ALİ AKAR

  3. Açık maden ocaklarının matematiksel modellemesi

    Mathematical modelling of open pits

    ALPARSLAN TURANBOY

    Doktora

    Türkçe

    Türkçe

    1998

    Jeoloji MühendisliğiSelçuk Üniversitesi

    Jeoloji Mühendisliği Ana Bilim Dalı

    DOÇ. DR. M. KEMAL GÖKAY

  4. Galaksimizdeki nötron yıldız dağılımının matematiksel modellemesi

    Mathematical modelling of neutron stards distribution in our galaxy

    HASAN ÖZALP

    Yüksek Lisans

    Türkçe

    Türkçe

    1998

    MatematikSüleyman Demirel Üniversitesi

    Matematik Ana Bilim Dalı

    YRD. DOÇ. DR. LÜTFULLAH ALBAYRAK

  5. Karşı basınçlı doğal gaz kazanlarında yanma olayının matematik modellenmesi

    Mathematical modelling of combustion phenomena in reversed flow natural gas furnaces

    MUSTAFA YONCACILAR

    Yüksek Lisans

    Türkçe

    Türkçe

    1998

    Makine MühendisliğiUludağ Üniversitesi

    Makine Mühendisliği Ana Bilim Dalı

    DOÇ. DR. ATAKAN AVCI