III Этап. Формальное описание имитационной модели с помощью cpn Tools.

В имитационную модель вошла информация о влиянии на развитие мутаций 45 генов. Каждому гену сопоставляется число, характеризующее его состояние (1- норма, 0- мутация). На вход подается генотип растения- набор единиц и нулей (таким образом, можно задавать одиночные, двойные, тройные и т.д. мутанты), на выходе получаем набор стационарных состояний, в которые приходит система при работе модели. Динамика модели является линейной, что соответствует последовательному развитию растения.

Рис 1. Имитационная модель развития АМП в сетях Петри. Графическое представление основных стадий развития и выделенных процессов на примере развития АМП на ювенильной стадии. В левом нижнем углу список анализируемых генов, в правом нижнем углу основные стадии развития. Овалы- позиции; прямоугольники- переходы.

Модель представлена в виде одного главного листа с основными стадиями развития. Переходы от стадии к стадии выведены на отдельные листы с детальным описанием основных этапов развития, которые проходит АМП, и фенотипическими аномалиями, которые могут возникать на этих этапах в различных мутантах (Рис. 1). Модель построена таким образом, что при переходе от одного этапа развития к другому наступает проверка (Check) и, в зависимости от генотипа (на переходах заданы функции), фишка либо идет дальше, к следующему этапу развития (если генотип не дает начало каким-либо фенотипическим проявлениям), либо происходит терминация развития с выявлением определенного фенотипа (если мутантный генотип приводит к фатальным нарушениям в АМП), либо фишка раздваивается таким образом, что одна из фишек двигается дальше, а вторая помещается в стационарное состояние, которое соответствует какой-либо аномалии. Если аномалия не приводят к терминации развития, то она может влиять на дальнейшее развитие, что так же прописывается в функциях. В модели на переходах от Check, выставлены гены, мутации которых нарушают развитие растения на данном этапе.

Модель позволяет задавать двойные мутанты, в таком случае, адекватно описываются все аддитивные и большая часть эпистатических взаимодействий. В случае более сложных взаимодействий, эта информация закладывается в модель дополнительно.

Данная модель положила начало разработке фенотипического анализатора в AGNS, который автоматически производит анализ фенотипических аномалий такого рода, а данные ручной обработки использует в качестве контроля. Раскрашенные сети Петри в применении к моделированию объектов с качественными признаками хорошо зарекомендовали себя именно как средство визуализации, в то время как многие возможности программы не были нами использованы в связи со спецификой постановки задач.

Список литературы

Omelianchuk, N.A., Mironova, V.V., Poplavsky, A.S., Kukeeva, Yu. A., Podkolodny, N.L. AGNS: Arabidopsis GeneNet Supplementary DataBase. // In Proceedings of the fourth international conference on bioinformatics in genome regulation and structure. – 2004. – V. 2. – P. 121- 124.

Laux, T., Mayer, K.F.X., Berger, J., Jurgens, G. The WUSCHEL gene is required for shoot and floral meristem integrity in Arabidopsis. // Development. – 1996. – V. 122. – P. 87- 96