基于混合模型的基因调控网络准随机仿真：用于转录爆发
分子网络
2026-05-19 v3 概率论
摘要
单细胞数据揭示了相同基因组和环境背景细胞之间存在生物学随机性，特别是突显了转录爆发现象。为此，基因表达可建模为连续时间马尔可夫链，其中生化物种以离散方式描述，导致泉希算法（SSA）用于模拟，计算开销在实际 mRNA 和蛋白质拷贝数下较大。或者，基于分段确定性马尔可夫过程（PDMP）的混合模型可有效捕捉细胞间变异性，但其仿真受限于专业数学社区。本文旨在使其更易于访问，我们在此提出一种类似 SSA 的简单仿真方法，计算成本大幅降低。我们详细描述了描述任意数量相互作用基因的爆发式 PDMP 的算法，并证明其模拟该模型的精确轨迹。作为示例，我们使用该算法仿真双基因开关：此示例突显了双峰分布如实数据所观察到的现象并非由转录爆发本身解释，而是由可能从基因间相互作用中产生的不同爆发频率所致。
引用
@article{arxiv.2507.01922,
title = {Efficient stochastic simulation of gene regulatory networks using hybrid models of transcriptional bursting},
author = {Mathilde Gaillard and Ulysse Herbach},
journal= {arXiv preprint arXiv:2507.01922},
year = {2026}
}