基于节点拓扑排序和条件互信息的基因调控网络路径一致性构建算法

为了在构建基因调控网络时能确定网络方向,在基于条件互信息的路径一致性算法PCA-CMI的基础上,利用节点拓扑排序(node ordering,NO)建立了构建调控网络的PCA-CMI-NO算法。为建立这一算法,对图分裂方法加以改进:首先对基因对间的互信息进行筛选,然后按贝叶斯得分对子图排序,根据子图顺序选取不同子图中含相同基因对间边的方向,从而确定基因表达数据中节点的顺序。最后,将节点拓扑排序结果应用于PCA-CMI所构建的网络,获得有向网络,同时,使用条件互信息去除独立关系的边,以提高网络准确率。采用DREAM3数据集,将PCA-CMI-NO算法与有序的K2算法进行对比,验证了算法的优越性。     

跨界保护区网络构建研究进展

跨界保护区网络是生物多样性保护网络的一种特殊形式,对保护国家或地区边界线附近丰富的生物多样性具有重要意义。构建跨界保护区网络已被列为《生物多样性公约》(Convention on Biological Diversity)框架下"保护区工作组"的一项战略任务,涉及生态、环境、经济、政治等多个领域,成为全球保护区研究领域的热点问题之一。然而,目前我国对跨界保护区的研究尚处于起步阶段,在如何构建不同尺度的跨界保护区网络等方面的研究仍有待进一步加强。在分析了全球、洲际、两个或多个国家和地区之间等不同尺度跨界保护区网络研究的基础上,综述了国内外基于"节点"-"廊道"模式的跨界保护区网络构建研究进展,并结合我国跨界保护区网络建设的实际情况,对我国未来跨界保护区网络构建研究进行了展望。     

宜兴市县域尺度生态安全格局模拟研究

采用InVEST 3.8软件中Water Yield模块、水土流失方程RUSLE模型、土壤风蚀模型方程(RWEQ)等分别评估宜兴市水源涵养、土壤保持、防风固沙和固碳释氧4项生态系统服务功能。针对生态系统服务功能评价结果首先进行热点分析,提取宜兴市的生态源地。然后选取高程、坡度等10个生态源地扩张阻力因子评价宜兴的生态扩张阻力水平。最后采用基于源汇理论的最小累积阻力模型(MCR)模拟构建县域尺度的宜兴市生态安全格局。结果表明:(1)宜兴市水源涵养量分布区间为213 mm—1594 mm,土壤保持量分布区间为11562.28 t·hm^-2—268034.28 t·hm^-2,防风固沙量分布区间为0.54 kg·m^-2—11.6 kg·m^-2,固碳释氧量分布区间为502.82 t·hm^-2—1321.83 t·hm^-2。生态源地主要集中分布在宜兴市南部的天目山区域、东部的太湖水域和北部的瀛湖水域、中部的东汍、西汍和大溪河水域。(2)生态扩张阻力水平从低到高4个等级...     

食物网关键种的判定及其对稳健性的影响

食物网关键种的定量判定方法不仅有助于揭示食物网中的物种关系, 而且有利于对关键物种进行优先保护。本研究以包含49个物种的河流生态系统食物网为对象, 计算网络中表征度性质的指标(点度中心度、中介中心度、紧密中心度), 并根据指标对物种进行聚类, 分析不同类物种影响食物网连接稳健性程度的差异, 探讨不同节点去除方式下节点数量对食物网连接稳健性的影响。结果发现, 聚类将食物网中物种分成三类。I类物种具有相对较高的点度中心度、中介中心度、紧密中心度; II类物种具有相对更低的点度中心度、中介中心度、紧密中心度; III类物种的点度中心度、中介中心度、紧密中心度介于前两者之间。I类物种处于更为重要的地位, 可认为是关键种。本研究为如何判定关键种贡献了新的思路。另外, 升序去除方式下, 连接稳健性呈降低趋势; 降序去除与随机去除方式下, 连接稳健性在持续降低后又有小幅度增加, 这表明去除方式对食物网连接稳健性有影响。三种去除方式下, 食物网连接稳健性发生显著变化对应着几乎相同的去除节点数量, 表明关键种在维持食物网稳健性方面发挥着重要作用。     

郑州大都市区生态网络构建及格局优化

快速城市化进程致使生态环境的保护和优化问题日益突出,构建生态网络体系、规划引导生态价值和高效利用景观效应,对区域调节生态空间、促进当地可持续发展具有重要意义。以郑州大都市区为例,基于1980—2020年8个时间节点土地利用数据,运用ArcGIS、Guidos Toolbox和Conefor等工具,通过未来土地利用变化情景模拟预测未来土地格局、形态学空间格局分析识别景观要素、最小累积阻力构建综合阻力面、引力模型计算生态引力、水文分析创建阻力路径和网络结构评价等,判别研究区生态源地、生态廊道和生态节点,构建具有较高结构完整度的生态网络。结果表明：在研究区的9个源地中,黄河流域生态源地连接网络东西部大型集中源地,其余源地坐落于研究区东北、东南及西南部,整体半环绕郑州主城区分布;最小成本路径共163条,生态廊道共58条,其中,一、二、三级廊道分别为10、19和29条,以沿黄河流域、“三横三纵”和“点-轴”形式分布为主;研究区内共判定生态节点70个,并划分为战略点、自然生态点及人工环境点,分别为10、27和33个,其分布于各个源地核心和廊道交叉等关键性节点位置。生态网络包含研究区所有景观要素,并...     

肌苷发酵过程中后期的代谢流节点分析

应用代谢流分析方法,实验测定副产物的积累速率,将数据输入计算机,应用MArllAB软件计算肌苷发酵中后期代谢流分布。通过分析代谢网络中重要的节点,提出了优化肌苷生物合成途径的建议。     

玉米与叶际微生物组的互作遗传机制

为了解玉米(Zeamays)和其定植微生物组之间的相互作用,探究玉米与叶际微生物组之间的互作遗传机制,该研究采用数学模型量化微生物之间相互作用的4种方式:互利共生、拮抗、侵略、利他,分析230份玉米叶际微生物组数据,利用网络作图研究玉米与叶际微生物组之间的互作遗传机制。结果表明:在微生物互作网络中确定了67个中心节点微生物,通过网络作图筛选到玉米405个显著单核苷酸多态性(SNPs)位点,最终定位到23个枢纽基因,发现其在促进植物生长、抵御病原菌侵染、耐受非生物胁迫方面起到重要作用。研究结果有助于在作物遗传育种以及构建新型菌剂促进植物生长方面提供思路。     

基于“HY-LM”的生态廊道与生态节点综合识别研究

传统的生态网络或生态安全格局构建研究中，多基于最小累积阻力模型（MCR）提取最小费用路径作为生态廊道，并人工判别生态节点，这种方式缺少对生态过程中能量流、信息流等交换过程的考虑，导致生态网络在结构、功能上存在一定的缺失。以福建省上杭县为例，以上杭县森林公园、湿地保护区、自然保护区等为主要生态源地，从陆生动物迁移特征出发选取土地覆被类型、距道路距离、地形起伏度、坡度、距水域距离、NDVI植被指数等因素为阻力因子，利用熵权法获得权重加权叠加生成综合阻力面，运用水文分析原理Hydrology （HY）和Linkage Mapper工具箱（LM）中电路理论等方法综合识别生态廊道和生态节点，运用重力模型对生态廊道重要性进行评价并对生态廊道和生态节点划分等级。研究结果如下：（1）基于LM方法共提取187条生态廊道，生态夹点52个，生态障碍点55个，基于HY方法共提取生态廊道240条，生态节点133个；（2） LM和HY提取的生态廊道和生态节点进行叠加，共提取生态廊道197条，辐射道30条，生态节点283个；（3）运用重力模型提取关键生态廊道103条（含辐射道30条），一般生态廊道124条，同时判别关键生态节点97个，一般生态节点186个，关键生态廊道和关键生态节点主要集中在高阻力和较高阻力值集中的区域，关键生态节点多分布在生态源地周围；（4）对关键生态廊道、关键生态节点缓冲区所在区域土地覆被类型构成进行分析，森林、耕地和草地等土地覆被类型占比具有绝对优势，并从生态连通性和生境质量角度针对各土地覆被类型提出了优化及生态建设策略。研究结果可为区域生态网络安全格局构建、国土空间规划与生态系统修复等研究提供参考，同时也为生物多样性保护与生态文明建设提供科学依据。     

基于节点-模块置信度及局部模块度双重约束挖掘前列腺癌候选疾病模块

前列腺癌病因及发病机理研究有助于前列腺癌预防和治疗.目前,前列腺癌生化试验研究方法成本高、耗时,而基于网络计算方法容易受基因表达谱数据不完整、噪声高及实验样本数量少等约束.为此,本文提出一种基于节点-模块置信度及局部模块度的双重约束算法(命名为NMCOM),挖掘前列腺癌候选疾病模块.NMCOM算法不依赖基因表达谱数据,采用候选基因与致病表型之间一致性得分,候选基因与致病基因之间语义相似性得分融合排序策略,选取起始节点,并基于节点-模块置信度及局部模块度双重约束挖掘前列腺癌候选疾病模块.通过对挖掘出的模块进行富集分析,最终得到18个有显著意义的候选疾病基因模块.与单一打分排序方法及随机游走重开始方法相比,NMCOM融合排序策略的平均排名比小、AUC值大,且挖掘出结果明显优于其他模块挖掘算法,模块生物学意义显著.NMCOM算法不仅能准确有效地挖掘前列腺癌候选疾病模块,且可扩展挖掘其他疾病候选模块.     

生态产业共生系统节点稳定性

在当今市场经济形势下,环境保护有着更长远和现实的意义.生产过程的污染物全过程治理已经是最有效的手段之一,如何在市场经济条件下,通过生态产业共生系统的建设,达到经济发展和环境保护双赢是目前的热点,同时也是难点,因为,如何实现市场经济条件下生态产业共生系统的稳定性是核心的关键点.从环境经济学角度出发,以生态产业共生系统的节点稳定性为研究内容,通过节点间相互关联的企业之间的污染物循环利用的关系分析,建立生态产业共生系统中企业之间的节点间污染物循环利用共生经济学模型,在市场经济条件下,基于模型的数学解,通过观察节点处对污染物进行循环利用企业受市场经济影响导致的产品供给变化,研究系统外界市场经济扰动对节点污染物循环利用的供需平衡的影响.研究结果表明,当市场经济条件下,共生系统节点间污染物供给企业的自身的产品价格弹性等于1或小于1时,节点稳定性是有条件的,如果污染物供给企业的自身的产品价格弹性大于1,节点会在稳定点附近周期性振荡,甚至出现混沌现象.结论是市场经济条件下,通过建立生态产业共生系统达到经济发展和环境保护双赢,则必须建立节点间污染物循环利用的市场经济学响应机制,以保障系统的稳定性,真正实现社会、经济和环境的可持续发展.