Cluster Viz:集成于Cytoscape的聚类可视化插件

生物网络中的聚类分析是功能模块识别及蛋白质功能预测的重要方法,聚类结果的可视化对于快速有效地分析生物网络结构也具有重要作用。通过分析生物网络显示和分析平台Cytoscape的架构,设计了一个使用方便的聚类分析和显示插件ClusterViz。这是一个可扩展的聚类算法的集成平台,可以不断增加其中的聚类算法,并对不同算法的结果进行比较分析,目前已实现了三种典型的算法实例。该插件能够成为蛋白质相互作用网络机理研究的一个有效工具。     

microRNA调控的生物网络

生物网络是生物体内各种分子通过相互作用来完成各种复杂的生物功能的一个体系。网络水平的研究,有助于我们从整体上理解生物体内各种复杂事件发生的内在机制。microRNA（miRNA）是一类在转录后水平调控基因表达的小RNA分子。研究结果表明,miRNA调控的靶基因分布范围很广,因此必然与目前所研究的生物网络有着各种各样的联系。对这种关系的揭示,将对阐明miRNA的调控规律起到重要的作用。本文重点讨论了miRNA调控的基因调控网络、蛋白质相互作用网络以及细胞信号传导网络的特征。此外,还总结了miRNA调控的网络模体（motif）和miRNA协同作用网络的特征。     

中国森林生物多样性监测: 科学基础与执行计划

中国森林生物多样性保护和恢复措施的制订依赖于生物多样性的监测信息。设计一个有效的生物多样性监测网络是一项复杂的系统工程。监测网络的设计框架可分为监测目标、监测对象、监测指标、取样策略、数据采集和处理、网络维护以及组织工作等几个部分。目前, 国际上已有5个得到广泛认可的生物多样性监测网络, 包括地球观测组织-生物多样性监测网络、全球森林监测网络、热带生态评估与监测网络、泛欧洲森林监测网络和亚马逊森林清查网络, 它们的监测目标、监测内容和方法、样地布局及部分监测成果各有特色。我们试图在全国生物多样性监测、森林资源清查和森林生态系统定位研究的基础上, 通过网络布局、建设和运行, 形成中国森林生物多样性监测网(Chinese Forest Biodiversity Monitoring Network, Sino BON-CForBio)及其监测规范体系。该网络的科学目标是, 在全国尺度上研究不同典型地带性森林的生物多样性维持机制、监测森林生物多样性变化并阐明其机理、研究生物多样性变化的效应。该网络布局以《中国植被区划》中的森林植被区划成果作为顶层设计和监测样地选择的核心依据, 设计了4个层级的监测系统; 其监测指标体系以生物多样性核心指标为主, 并结合我国传统森林群落调查方法进行拓展; 预期建成国家水平上的森林生物多样性监测网络, 阐明森林生物多样性维持机制和生物多样性变化的效应, 同时对重大生态保护工程的生物多样性保护效果进行有效性监测和验证型监测。     

基因组尺度集成细胞网络模型研究进展

细胞网络研究是系统生物学的一个研究热点,通过结合计算机模型和实验技术,从系统角度分析复杂的生物系统,可以为生物实验提供指导和预测。近十年来,国内外许多研究团队致力于基因组规模代谢网络、基因调控网络和信号转导网络模型的构建和分析,并取得了一定成果。而不同类型网络的集成和分析是当前生物网络研究中一个新的方向,并带来了诸多新的挑战。在本文中,主要对基因组尺度集成细胞网络模型的研究进展,特别是对代谢网络和转录网络的集成进行了详细论述,着重于集成网络的构建和分析方法,最后对该领域研究前景进行了展望。     

生物分子网络弹性研究进展

弹性是生物分子网络重要且基础的属性之一,一方面弹性赋予生物分子网络抵抗内部噪声与环境干扰并维持其自身基本功能的能力,另一方面,弹性为网络状态的恢复制造了阻力。生物分子网络弹性研究试图回答如下3个问题：a. 生物分子网络弹性的产生机理是什么？b. 弹性影响下生物分子网络的状态如何发生转移？c. 如何预测生物网络状态转换临界点,以防止系统向不理想的状态演化？因此,研究生物分子网络弹性有助于理解生物系统内部运作机理,同时对诸如疾病发生临界点预测、生物系统状态逆转等临床应用具有重要的指导意义。鉴于此,本文主要针对以上生物分子网络弹性领域的3个热点研究问题,在研究方法和生物学应用上进行了系统地综述,并对未来生物分子网络弹性的研究方向进行了展望。     

基于复杂网络理论的代谢网络结构研究进展

后基因组时代研究的一个重要内容就是在系统生物学的基础上对多种分子和基因相互作用网络进行分析,理解生物系统是如何从单个构造模块的基础上组织起来的。近几年,复杂网络理论得到了迅速发展,其理论方法在生物网络的研究中得到了广泛应用。一些学者运用该理论方法研究了大量有关代谢网络的结构组成以及网络中子集团的层次组成关系,并获得了一些有意义的结果。这些结果对生物功能的预测具有一定的指导作用。对近几年来有关这方面的进展作简要综述。     

超宽带生物无线传感器网络热效应研究

生物无线传感器网络由于其需要植入人体内部,故热效应是其研究的一个热点.超宽带信号由于覆盖频率范围广,使其以往的研究仅仅停留在定性研究的阶段.本文首先提出一个适合于研究物理层技术对热效应影响的系统模型,然后,在此基础上利用加权平均的方法分析超宽带生物无线传感器网络的热效应,得出超宽带信号时人体热效应影响较弱的结论,并时进一步的研究工作提出了展望.     

基于图论的两栖类生物栖息地网络规划——以黑斑侧褶蛙为例

生物多样性保护和生物栖息地网络建设是目前我国国土空间规划的重要内容,提升生物栖息地网络的景观功能连接度对生物多样性保护具有重要作用.目前,已有研究对生物栖息地网络规划进行了探索,但在实际规划层面仍缺乏可操作性强的技术方法支撑.本研究采用图论方法,聚焦国土空间规划中生物多样性保护和生态网络建设涉及的进行生物栖息地斑块重要...     

生物网络研究进展述评

生物网络是一类典型的复杂适应性系统,包含了许多个体的多层次的各种相互作用和关系,在过去的十年里,利用复杂网络理论对生物网络进行研究引起了人们的注意并获得了快速发展.本文首先从从度分布、聚类系数及鲁棒性等角度对现阶段生物网络性质的研究进行了简要介绍,后进一步对生物网络的聚类算法及主要建模理论做出了概括.今后的研究趋势在于如何建立合理的生物网络模型,以深入研究生物网络的各种性质.     

自然保护区生态安全设计的方法研究

由于生态破坏和自然栖息地的丧失,造成野生动植物种群的破碎化．自然保护区已成为孤立的生境岛屿,目前以单个、孤立保护区为主的生物多样性保护模式是远远不够的,应在广泛的时空尺度上保护生态过程和生物多样性各组成成份,建立一个整体的保护网络．根据国内外生物多样性保护的要求和发展趋势,提出了自然保护区生态安全设计的概念,它是综合考虑了生态、社会、经济的一种协调设计战略,首先从区域层次研究保护区网络的优化设计;其次,在网络的每个节点(保护区),研究保护区的面积、形状和内部功能分区;最后,研究网络与节点的连接(廊道)．自然保护区网络设计应维持生态系统的地域完整性和生态过程完整性,采用迭代法、整数规划方法和地理途径方法,为一个或多个保护目标勾画出多种保护规划蓝图。     

一个基于基因表达谱的基因逻辑网络模型的建立与应用

基因之间除了线性关联作用关系外,还存在着非线性的逻辑关系.用这种逻辑关系构建的生物系统网络模型对研究细胞内的各种生物通路和细胞分子网络非常重要.首先,根据图着色原理确定了基因的低阶和高阶逻辑关系,然后应用结肠癌基因表达谱数据分析了51个癌基因和抑癌基因的逻辑关系,在此基础上构建了结肠癌基因表达的逻辑网络.通过这个网络模型发现了与KEGG数据库中结肠癌通路一致的转化生长因子信号通路,并分析了各生物通路成员之间错综复杂的关系.实验结果表明,基因逻辑网络模型在一定程度上揭示了结肠癌基因和抑癌基因之间并行、分叉等复杂的相互作用关系,反映了结肠癌发病的复杂分子机制,为分子生物医学家提供了一个参考模型.     

用网络方法识别生物序列motif

生物序列motif的识别是后基因组时代的一个核心问题。本文首先回顾了识别motif的几种主要算法,然后根据motif的重要性和随机性介绍了利用网络识别motif的两种具有代表性的方法：一种是建立一个随机网络混合模型,利用EM算法识别其中随机的网络motif;另一种用修正的参数流算法过滤出其中的最大密度予图,即为生物序列motif,并指出这两种方法的优劣,最后还对今后研究方向给出了讨论。     

探讨我国森林野生动物红外相机监测规范

野生动物多样性是生物多样性监测与保护管理评价的关键指标, 因此对野生动物进行长期监测是中国森林生物多样性监测网络(CForBio)等大尺度生物多样性监测研究计划的一个重要组成部分。2011年以来, CForBio网络陆续在多个森林动态监测样地开展以红外相机来监测野生动物多样性。随着我国野生动物红外相机监测网络的初步形成, 亟待建立和执行基于红外相机技术的统一监测规范。基于3年来在我国森林动态监测样地红外相机监测的进展情况, 以及热带生态评价与监测网络针对陆生脊椎动物(兽类和鸟类)所提出的红外相机监测规范, 本文从监测规范和监测注意事项等方面探讨了我国森林野生动物红外相机监测的现状和未来。     

封面故事

<正>生物系统中存在大量相对独立的、具有特定生物功能的网络模块,其中自调控(或自反馈)环路是最典型、最简单的调控网络模块。对于某些模式生物,自反馈环路已经被辨识,例如,在模式生物E.coli的转录网络中,超过40%的转录因子都依赖于     

计算系统生物学:理论、方法及在药物研发中的应用

计算系统生物学是一个多学科交叉的新兴领域,旨在通过整合海量数据建立其生物系统相互作用的复杂网络。数据的整合和模型的建立需要发展合适的数学方法和软件工具,这也是计算系统生物学的主要任务。生物系统模型有助于从整体上理解生物体的内在功能和特性。同时,生物网络模型在药物研发中的应用也越来越受到制药企业以及新药研发机构的重视,如用于特异性药物作用靶点的预测和药物毒性评估等。该文简要介绍计算系统生物学的常见网络和计算模型,以及建立模型所用的研究方法,并阐述其在建模和分析中的作用及面临的问题和挑战。     

人（Homo sapiens）海马神经元microRNA调控网络的构建及其基本性质研究

目的：建立人海马神经元中的分子相互作用调控网络,研究miRNA在这个网络中是如何与其他信号通路相互作用并形成更复杂的生物网络,以及miRNA对网络中其靶点的调控如何影响生物网络的性质。方法：通过对已发表文献实验数据的挖掘分析,获得了哺乳动物海马神经元中主要信号通路的580个组分的一组相互作用数据,以及海马神经元中的miRNA表达谱。使用PITA,Miranda,TargetScan三个miRNA靶点预测软件计算出了这580个组分中的345个miRNA靶点。使用cytoscape对这些相互作用数据建立网络并对其性质进行计算分析。结果：建成了海马神经元中一个包含633个节点1653条边的miRNA调控网络,该网络中转录因子,adapter,酶更多的受到miRNA调控。结论：人海马神经元中,miRNA主要通过对转录因子,adapter和酶进行调控,与其他信号通路相互作用形成了一个更加复杂的网络,新形成的网络的集群系数,网络异质性,网络中心化程度,平均最短路径长度,平均邻点数都发生了变化。     

基于物种分布的北京平原生态网络构建

高强度的城市化活动导致了生物栖息地破碎化、退化和消失,是生物多样性减少的主要原因。建立城市地区生态网络是保护生物多样性的重要途径。因其他物种数据可获得性差,以观测的典型鸟类群落为指示物种,探讨构建生态网络,可为城市生物多样性保护提供新思路。以北京市平原区为研究范围,重点基于86种鸟类分布大数据,通过Maxent模型掩膜生成栖息地源地并进行分级,在GIS技术的支撑下,以土地利用数据建立鸟类活动阻力面,采用最小累积阻力模型算法,模拟并形成了平原地区分级的生物多样性保护网络。研究结果表明,河湖湿地和城市公园组成了北京平原地区生态网络的优势景观类型,占平原区生态空间的81%。基于景观类型大小与物种数量的线性关系筛选出分级生物栖息地,其中一级生物栖息地58个,二级生物栖息地146个,通过模型模拟形成了平原地区生物多样性保护的一二级生态网络,共948条网络,长3760km。筛选出重要生态节点12处,关键生态廊道6条,是保护平原地区生物多样性的重要生态设施。该生态网络的实施对于提升首都平原区的生物多样性具有重要价值,研究结果可为国土生态空间优化提供重要科学依据和参考。     

森林生态系统的三个网络结构

森林生态系统是以森林植物为主体,并与其它生物一起和环境组成的一个整体。在这个整体中,森林植物起着主导的作用,而其它生物和非生物,则处于从属的地位。即森林的存在与否,决定着其它因素质和量上的变化。森林生态系统各组成之间相互联系,互相制约地形成一个网络结构。森林生态系统的网络结构可概括为如下三大方面: 一、森林生物系统包括森林群落中的植物、动物和微生物在内的全部生物因素。在这些生物中间,它们的关系是非常密切的,也是     

全基因组范围代谢网络的构建和最小基因组研究

全基因组范围代谢网络（genome-scale metabolic network,GSMN）的构建是合成生物学研究的一个重要研究手段。通过整合各种组学数据和借助计算机进行模拟分析,将基因型与表型的关系进行定量关联,从而为从全局的角度探索和揭示生物代谢机制,进而对生物进行合理的重新设计和工程改造提供了有效的框架。该方法在最小基因组研究中也有着突出的优势,通过计算机辅助的基因组最小化模拟与分析,能够系统鉴定微生物基因组基因的必需性。迄今为止,已有近百个基因组范围的代谢网络发表,覆盖的生物包括原核生物、真核生物和古生生物,并广泛应用于医药、能源、环境、工业和农业等多个领域,展现出了广阔的应用前景。将对全基因组范围代谢网络构建的方法、应用,特别是其在最小基因组研究中的应用作简要的综述。     

全球视角下的中国生物多样性监测进展与展望

生物多样性强烈的时空尺度依赖性和多层次性决定了生物多样性现状与变量的分析需要在不同生态系统进行多空间尺度、全面和连续的监测。因此, 构建生物多样性研究监测网络是生物多样性保护和研究的基础工作。近年来, 对地观测组织-生物多样性观测网络(GEO BON)、亚太生物多样性监测网络(APBON)等全球、区域以及国家尺度的生物多样性监测网络蓬勃发展。中国陆续在国家尺度上建立了针对生态系统和物种的长期监测网络, 其中, 中国生物多样性监测与研究网络(China Biodiversity Observation and Research Network, Sino BON)于2013年启动建设, 在我国主要生态系统和环境梯度设置30个监测主点和60个监测辅点, 目前已建成10个专项网对动物、植物和微生物进行监测, 并建立了以数据标准与汇交、近地面遥感为核心的综合监测中心。Sino BON打造了从地下、地面到森林林冠的多尺度、多类群(功能群)以及多营养级交互为重点的监测与研究平台, 为理解生物多样性变化趋势及其驱动因素、研究生物多样性维持机制, 以及国家履行《生物多样性公约》、保护生物多样性和生物资源提供详实可靠的生物多样性变化数据。为进一步支撑国家生物多样性治理能力、深化全球多样性保护合作, 我国生物多样性监测亟需在监测技术、监测区域、数据标准、综合信息平台等方向谋求更大的发展。