融合基因差异共表达网络和隐马尔可夫随机场模型的高粱抗旱关键基因识别

作     者：毕祎琳 

作者单位：河南大学 

学位级别：硕士

导师姓名：王沛

授予年度：2023年

学科分类：02[经济学] 0202[经济学-应用经济学] 09[农学] 0901[农学-作物学] 

主      题：基因差异共表达网络 隐马尔可夫随机场 关键节点 高粱 干旱胁迫 

摘      要：随着全球气候变暖及水资源供需矛盾的加剧,干旱已成为影响全球粮食生产最主要的非生物因素.干旱胁迫下作物的生长变化及响应机理一直是科学研究的热点和难点.在常见的农作物中,高粱是一种典型的耐旱作物,可以获得较高的产量和经济效益,具有低耗水、高水分利用特性,是研究作物干旱胁迫响应的理想生物.但有关高粱转录组数据响应干旱胁迫的研究较为匮乏.本研究从数据驱动的角度,基于高粱转录组数据,融合基因差异共表达网络与隐马尔可夫随机场模型来挖掘响应干旱的关键基因.本文的研究内容概述如下:(1)基于灰色系统理论,使用灰色关联系数来衡量节点间的关联性,提出了一种新的构建基因差异共表达网络的方法.(2)将含权的基因差异共表达网络作为先验信息融入到隐马尔可夫随机场模型中,根据后验概率的大小对基因进行优先排序,筛选出网络中的关键节点.(3)将本文所提出的方法应用到高粱的RNA-seq数据中,挖掘出高粱五个生长阶段响应干旱的关键基因.并通过富集分析和序列比对进行了验证,且与其他方法进行了对比.本文的创新点如下:(1)本文巧妙地将网络结构与统计模型相结合,提出了一种适用于小样本量数据的识别网络中关键节点的方法;(2)将理论方法与实际应用问题相结合,识别出高粱不同生长阶段响应干旱的关键基因,建立了一个基因调控模块,并借助多层网络发现了高粱对开花前干旱更加敏感的特性.本文从转录组层面系统地挖掘了高粱响应干旱的关键基因,为探索高粱不同生长阶段的抗旱机制奠定了理论基础,相关研究对于抗旱作物的分子育种具有潜在应用价值.