将随机基因表达、信号介导的细胞间相互作用及受调控的细胞增殖纳入组织发育协调模型

构建用于组织发育的定量和可预测模型需要考虑复杂的随机基因表达动力学、通过细胞间相互作用的调控机制以及细胞增殖。将这些过程纳入实用数学框架需要复杂的表达式，且难以解释和应用。我们构建一种简单理论，融合了细胞内随机基因表达动力学、影响这些动力学并介导细胞间相互作用的信号化学物质，以及细胞增殖及其伴随的分化。细胞状态（基因和表观基因）由Waddington向量场描述，允许非梯度动力学（循环、熵产生、详细平衡的丢失），而Waddington势力景观表示的基因表达动力学所禁止的情形。我们定义一种表观遗传适应度景观，以描述不同细胞类型的增殖，并阐明了该适应度景观与Waddington向量场之间的关系。我们通过分析两种模型系统来说明该框架的适用性：一种相互作用的双基因分化过程以及一种受计划虫灵感的时空生物体模型。