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皇冠体育开发的iDIRECT网络框架可以帮助科学家更好地理解生物系统

2022年1月10日

皇冠体育开发的iDIRECT网络框架可以帮助科学家更好地理解生物系统

Jizhong Zhou
冀中周

尽管网络在科学家理解复杂系统的动力学和特性方面发挥着重要作用,但从大规模实验数据中重建网络是一项挑战。

在系统生物学和微生物生态学中——皇冠体育研究环境中的微生物及其相互作用——重建这些网络的挑战可能会因为难以揭示直接和间接的相互作用,或者系统中一个元素影响另一个元素的能力而变得更加复杂,无论是有或没有直接的相互作用。

皇冠体育大学环境基因组学皇冠体育研究所所长周纪忠(Jizhong Zhou)领导着IEG的一个皇冠体育研究小组,与加州大学伯克利分校的玛丽·费尔斯通(Mary Firestone)合作,展示了一个新的概念框架在解开关联网络中直接和间接关系方面的有效性。周还是道奇家庭艺术与科学学院的乔治·林恩·克罗斯皇冠体育研究教授,以及公开大学加利利工程学院的兼职教授。

IEG的皇冠体育研究科学家肖乃佳是描述这项工作的论文的第一作者,该论文发表在《美国国家科学院院刊》上。

“通过解决几个数学难题,这项皇冠体育研究提供了一个概念框架来解开联想网络中的直接和间接关系,”周说。“我们的iDIRECT(基于有效copula传递性的直接和间接关系推断)框架在合成基因表达和微生物群落数据中的应用表明,该框架是一个强大、健壮和可靠的网络推断工具。它将极大地增强我们在各种复杂系统中识别网络相互作用的能力,并将使科学家能够解决以前无法解决的皇冠体育研究问题。”

idirect description

具体来说,iDIRECT框架减少了网络重构的数学挑战,包括病态、自环和交互强度溢出。利用模拟数据对结果进行基准测试,皇冠体育研究人员证明了使用iDIRECT框架的高预测准确性。

Firestone说:“iDIRECT用于重建大肠杆菌(最常见的细菌之一)的基因调控网络,也显示出相当大的预测能力。”“此外,将iDIRECT应用于高度多样化的草地土壤微生物群落,以应对气候变暖,结果表明,在变暖条件下,iDIRECT处理的网络比控制条件下更复杂,对随机和目标物种的去除都更稳健。

“作为一种通用方法,iDIRECT的优势在于它应该广泛适用于推断科学和工程领域不同学科的关联网络中的直接关系,”她补充说。

报纸,”从关联网络中的直接关系和间接关系中分离出来,发表于PNAS 作为贡献的皇冠体育研究文章,#2021-09995R。这项皇冠体育研究得到了美国能源部的资助。