具有爆发和调控的基因表达随机模型的谱解

细胞内的信号处理分子通常以低拷贝数存在，这需要概率模型来解释内源性噪声。概率分布传统上是通过基于模拟的方法找到的，然后需要从许多样本中估计分布。在这里，我们详细介绍了一种替代方法，该方法通过将概率分布展开为控制方程（线性方程）的自然特征函数来直接计算概率分布。我们将得到的谱方法应用于三个随机基因表达的一般模型：具有多个表达状态的单个基因（通常用作两状态极限下的爆发模型）、基因调控级联以及爆发和调控的组合模型。在所有情况下，我们都找到了解析结果或数值方案，这些方案在效率和准确性上大大优于模拟。在最后一种情况下，我们表明，在慢速切换极限下的双峰响应不仅是可能的，而且在信息传递方面是最优的。