基因调控网络中基因重复下的子网络计数

基因重复是促进生物复杂性和多样性的基本进化机制（Fortna等人，2004）。传统研究侧重于基因序列的重复（Zhang，1914）。然而，有证据表明，调控元件的重复也可能在基因组功能的进化中发挥重要作用（Teichmann和Babu，2004；Hallin和Landry，2019）。本文对基因调控网络（GRN）中属于基因家族特异性子结构的调控关系的进化进行了建模。在该模型中，网络从初始配置开始，通过重复选择随机基因进行复制而增长。所选基因相关的调控关系通过重复得以保留的可能性由概率向量决定。在基因重复模型下，对基因家族特异性子结构的出现次数进行计数。本文中，基因家族特异性子结构被称为子网络模体。这些子网络模体受网络模体的启发，网络模体是在特定网络中比随机网络中出现更频繁的互连模式（Milo等人，2002）。子网络模体与网络模体的不同之处在于，子网络模体是基因家族特异性子结构的实例，而网络模体是同构子结构。这些子网络模体在完全重复和部分重复下进行计数，这两种重复方式在调控关系的继承方式上有所不同。完全重复发生在每次重复步骤中所有调控链接都被继承时，而部分重复发生在每次重复步骤中调控继承发生变化时。确定了每种模型下子网络模体出现次数的矩。所呈现的结果提供了一种在基因重复下发现GRN中显著子网络模体的方法。