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基于有序条件互信息和有限父结点构建基因调控网络
  • ISSN号:1000-3282
  • 期刊名称:《生物化学与生物物理进展》
  • 时间:0
  • 分类:TP391[自动化与计算机技术—计算机应用技术;自动化与计算机技术—计算机科学与技术]
  • 作者机构:[1]西北工业大学自动化学院、信息融合教育部重点实验室,西安710072, [2]宝鸡文理学院物理与光电技术学院,宝鸡721016
  • 相关基金:国家自然科学基金资助项目(91430111,61473232,61170134).
中文摘要:

基因调控网络重建是功能基因组研究的基础,有助于理解基因间的调控机理,探索复杂的生命系统及其本质.针对传统贝叶斯方法计算复杂度高、仅能构建小规模基因调控网络,而信息论方法假阳性边较多、且不能推测基因因果定向问题.本文基于有序条件互信息和有限父结点,提出一种快速构建基因调控网络的OCMIPN算法.OCMIPN方法首先采用有序条件互信息构建基因调控相关网络;然后根据基因调控网络拓扑先验知识,限制每个基因结点的父结点数量,利用贝叶斯方法推断出基因调控网络结构,有效降低算法的时间计算复杂度.人工合成网络及真实生物分子网络上仿真实验结果表明:OCMIPN方法不仅能构建出高精度的基因调控网络,且时间计算复杂度较低,其性能优于LASSO、ARACNE、Scan BMA和LBN等现有流行算法.

英文摘要:

Inferring the gene regulatory networks (GRNs) structure is the research basis of functional genomics. GRNs can help to understand the regulatory mechanism among genes, exploring the essence of complex life system. Traditional Bayesian network methods cannot handle large-scale networks due to their high computational complexity, while information theory-based methods cannot identify the directions of regulatory interactions and also suffer from false positive/negative problems. By using the ordered conditional mutual information (CMI) and limited parent node genes, in this work, we present a novel algorithm (namely OCMIPN) to fast infer GRNs from gene expression data. OCMIPN first uses ordered conditional mutual information to construct an initial GRN relation network. Then, according to the priori knowledge of gene regulatory network topology structure, BN method is employed to generate final GRNs by limiting the number of parent nodes for each gene, which significantly reduces the computational complexity. Tested on the synthetic networks as well as real biological molecular networks with different sizes and topologies, the results show that OCMIPN can infer RGNs with higher accuracy and low computational times. The OCMIPN's performance outperforms other state-of-the-art methods, such as LASSO, ARACNE, ScanBMA and LBN.

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期刊信息
  • 《生物化学与生物物理进展》
  • 中国科技核心期刊
  • 主管单位:中国科学院
  • 主办单位:中国科学院生物物理研究所 中国生物物理学会
  • 主编:王大成
  • 地址:北京市朝阳区大屯路15号
  • 邮编:100101
  • 邮箱:prog@sun5.ibp.ac.cn
  • 电话:010-64888459
  • 国际标准刊号:ISSN:1000-3282
  • 国内统一刊号:ISSN:11-2161/Q
  • 邮发代号:2-816
  • 获奖情况:
  • 1999年中国期刊奖提名奖,2000年中国科学院优秀期刊特别奖
  • 国内外数据库收录:
  • 美国化学文摘(网络版),荷兰文摘与引文数据库,美国剑桥科学文摘,美国科学引文索引(扩展库),美国生物科学数据库,日本日本科学技术振兴机构数据库,中国中国科技核心期刊,中国北大核心期刊(2004版),中国北大核心期刊(2008版),中国北大核心期刊(2011版),中国北大核心期刊(2014版),中国北大核心期刊(2000版)
  • 被引量:18821