生物钟是指周期接近24小时的内禀振荡,广泛存在于自然界的生物中;从简单的单细胞生物到复杂的哺乳动物,它们的生理代谢过程都被生物钟调控。生物钟的存在有利于生命体更好地适应外部环境并维持内环境稳定。许多疾病,例如抑郁、睡眠失调、代谢综合征甚至癌症都与生物钟的紊乱有着直接关系,对生物钟下游代谢通路的研究为此类疾病的治疗提供了思路。近年来,基因调控网络的研究一直是分子生物学的重要课题,对生物钟核心振荡器的研究促进了对基因调控网络的结构、动力学和功能的理解。粗糙脉孢菌是研究生物钟的模式生物,包含蛋白WCC（White Collar Complex）和FRQ（Frequency）形成的反馈环路。本文构建粗糙脉孢菌生物钟核心振荡器的数学模型,研究蛋白质磷酸化修饰对昼夜节律的影响,以及生物钟与活性氧簇（ROS）之间的相互影响,有力促进了对生物钟运行机制的了解。全文共4章。第一章为引言,先简介了系统生物学、基因调控网络、研究基因调控网络的基本方法,再介绍了生物昼夜节律的概念及其产生的基本机制,最后概述了本文主要的研究内容。反馈回路和蛋白质的翻译后修饰在昼夜节律中起着重要的作用。第二章建立了正负反馈耦合的振子模型,开展确定性和随机性的数值计算,定量重复了生物钟的基本特征如周期和相位等;即使在分子数只有几百时,昼夜节律依然存在。我们解释了qa-WC-1菌株的分生期随奎宁浓度变化的特征和WCC稳定性的昼夜节律。我们发现,高磷酸化的WCC稳定性提高是产生FRQ和WCC反相的原因。我们的结果表明,基于磷酸化、耦合的正负反馈回路是构成粗糙脉孢菌生物钟的核心结构,有助于形成稳定的昼夜节律。第三章研究粗糙脉孢菌生物钟与活性氧之间的相互作用。实验表明,ROS受到WCC转录激活的基因产物的控制,同时又反过来影响WCC和FRQ。我们构建生物钟振子、ROS及其相互作用的整合模型。模型详细刻画了时钟蛋白的（去）磷酸化、细胞核-细胞质穿梭,定量重复了生物钟分别在持续黑暗和周期性光照条件下的基本特征。增加O2-和H2O2的平均浓度,frq mRNA浓度振荡的相位会提前,与实验结果一致。在ROS与振子的三种相互作用中,即O2-增强PP2A活性、H2O2增强WCC与基因启动子的结合、H2O2抑制WC-1和WC-2的二聚化,O2--PP2A通路起主要作用。我们也讨论了这些调控作用的功能意义。第四章则是全文工作的总结和对未来工作的展望。