Coupling oscillations and switches in genetic networks

Switches (bistability) and oscillations (limit cycle) are omnipresent in biological networks. Synthetic genetic networks producing bistability and oscillations have been designed and constructed experimentally. However, in real biological systems, regulatory circuits are usually interconnected and the dynamics of those complex networks is often richer than the dynamics of simple modules. Here we couple the genetic Toggle switch and the Repressilator, two prototypic systems exhibiting bistability and oscillations, respectively. We study two types of coupling. In the first type, the bistable switch is under the control of the oscillator. Numerical simulation of this system allows us to determine the conditions under which a periodic switch between the two stable steady states of the Toggle switch occurs. In addition we show how birhythmicity characterized by the coexistence of two stable small-amplitude limit cycles, can easily be obtained in the system. In the second type of coupling, the oscillator is placed under the control of the Toggleswitch. Numerical simulation of this system shows that this construction could for example be exploited to generate a permanent transition from a stable steady state to self-sustained oscillations (and vice versa) after a transient external perturbation. Those results thus describe qualitative dynamical behaviors that can be generated through the coupling of two simple network modules. These results differ from the dynamical properties resulting from interlocked feedback loops systems in which a given variable is involved at the same time in both positive and negative feedbacks. Finally the models described here may be of interest in synthetic biology, as they give hints on how the coupling should be designed to get the required properties.     

内源性神经干细胞与脑老化的治疗

近十几年研究发现成年人脑神经元可以再生,使人们重新认识老年脑神经细胞的可塑性,它为脑损伤的修复带来新的希望。最新研究表明,神经再生可被调控,是一种新的修复机制。这使得利用内源性神经干细胞治疗老龄相关的神经退行性疾病成为可能。     

农田土壤水分预测模型的研究进展及应用

本文对国内外土壤湿度的监测,预报发展情况进行了回顾,总结了国内外土壤水分监测方法及其原理,介绍了国内外土壤湿度预测模型的研究进展及其应用情况,讨论了传统的土壤水分平衡方程统计模型法,从土壤水分运动方程出发的物理学模型法,利用气象要素与土壤水相关关系为基础的统计预报法、及新兴的人工神经元网络和遥感数据估测法的优缺点,并对土壤水分研究工作所面临的问题进行了必要的阐述。     

细胞粘附分子群相互作用网络模型研究

通过相互作用网络可视化软件Cytoscape对整联蛋白粘合体156种成份及相互间的690个反应实现网络可视化,并通过网络分析软件network analyser得到该网络节点间的平均连接并不复杂是一个不可分割的整体网络,网络较稳定,信息传递很快等。直接可视化的网络通过节点的形状改变视图有助于我们在原始数据的基础上更好的认识这一复杂的作用网络的相关信息。     

基于BP神经网络的流域生态恢复度计算——以福建长汀朱溪小流域为例

以福建省长汀县朱溪小流域为研究对象,通过野外调查、室内分析以及遥感影像提取相结合的方法获取数据。利用Matlab7.0软件建立BP神经网络生态恢复模型,定量评价退化生态系统的恢复程度。选择土壤理化性质(有机质、全N、全P、全K、容重和p H)、植被结构(植被盖度)、物种多样性指数(Shannon-Wiener指数)和热环境(地表温度)等4个方面的9个指标建立退化生态系统评价体系,并作为生态恢复模型的输入层数据,生态恢复度作为输出层数据。使用Matlab7.0进行数据预处理、样本训练、样本检验并建立生态恢复模型。利用建立的生态恢复模型对整个朱溪小流域生态恢复度进行定量评价。结果表明,生态恢复模型预测结果与流域生态恢复的实际情况基本吻合,利用BP神经网络模型定量评价退化生态系统的恢复程度具有可行性。朱溪小流域内生态恢复程度极低的区域面积仅占0.94%,95.48%区域为中等恢复程度,说明生态保护措施已初见成效;生态恢复程度高的区域面积仅占3.62%,意味着未来仍需加强治理和保护工作。     

基于分子对接和系统药理学小青龙汤治疗哮喘的作用机制

为从分子层面阐述小青龙汤治疗哮喘的作用机制,探索小青龙汤的潜在靶标,本研究检索中药系统药理学数据库及分析平台(TCMSP)并根据口服生物利用度(oralbioavailability,OB)、药物相似性(drug-likeness,DL)筛选出小青龙汤的活性成分,利用Pharmmapper数据库筛选小青龙汤潜在作用靶点,挖掘CTD、Genecards数据库以筛选与哮喘相关的作用靶点,利用Cytoscape 3.6.1软件构建小青龙汤的蛋白互作网络图、化合物靶点图,并通过计算拓扑学参数找到小青龙汤中关键的作用靶点和化合物。对小青龙汤对哮喘的作用靶点进行GO分析和KEGG分析。利用iGEMDOCK软件进行分子对接,预测作用靶点和主要化合物的结合度。通过筛选得到小青龙汤活性成分、潜在作用靶点;GO分析得到43个生物学过程、11个细胞组成和9个分子功能;KEGG分析包括PI3K-Akt信号通路、HIF-1信号通路、Wnt信号通路等。初步验证和预测了小青龙汤对治疗哮喘的作用机制,并为进一步深入揭示其作用机制提供参考。     

溶血磷脂酸对离体培养的大鼠胚胎神经干细胞向神经胶质细胞分化的影响

本研究用免疫细胞化学荧光双标技术观察了溶血磷脂酸（lysophosphatidic acid,LPA）对大鼠胚胎神经干细胞（neural stem cells,NSCs）分化为少突胶质细胞（galactocerebroside—positive,Gal-C阳性）和星形胶质细胞（grim fibrillary acidic protein-positive,GFAP阳性）的影响,并且用RT-PCR技术对NSCs可能表达的LPA受体进行分析。结果显示：（1）加入不同浓度（0．010．0μmol／L）LPA,第7天进行检测时,少突胶质细胞数量呈明显的剂量依赖性增加,峰值出现在1．0μmol／LLPA组,少突胶质细胞所占百分比从对照组的8．5％增加到32．6％;（2）星形胶质细胞的分化几乎不受LPA的影响,第7天时各LPA处理组星形胶质细胞百分比与对照组相比均无显著性差异;（3）RT-PCR结果显示,大鼠胚胎NSCs的LPA1和LPA3受体表达明显,而LPA3受体表达很弱。以上结果表明,较低浓度的LPA可能作为细胞外信号,通过LPA1和LPA3受体促进大鼠胚胎NSCs向少突胶质细胞分化和生成,但对星形胶质细胞的分化过程无明显影响。