基因組網(wǎng)絡分析與功能模塊設計—2013年度科技報告

徐健　花強　陳磊　楊琛　馮露

摘 要：該年度進展順利，主要年度進展均已完成，發(fā)表論文20篇（其中SCI論文20篇），申請專利5項。年度進展亮點包括：（1）基因組尺度代謝網(wǎng)絡模型的構(gòu)建：針對耶氏酵母和微擬球藻兩種底盤微生物細胞，針對特定工業(yè)性狀，構(gòu)建了基因組規(guī)模代謝網(wǎng)絡模型。同時開發(fā)了新型的基于差量網(wǎng)絡分析技術(shù)的代謝網(wǎng)絡模擬方法，能夠更有效地尋找過表達、限制表達等代謝改造靶點。該方法在既有的大腸桿菌模型和該課題組構(gòu)建的解脂耶氏酵母模型上，對多種代謝物的合成進行了模擬仿真，得到的結(jié)果中不但包含了現(xiàn)有文獻中已證實的操作，更能夠建議一些非直觀但仿真效果很好的遺傳改造策略。（2）人參皂苷合成途徑解析：完成了不同參齡、品種、生長環(huán)境及組織的人參轉(zhuǎn)錄組樣本的采集，并完成3年和5年須根轉(zhuǎn)錄組文庫的測序；對人參Panax ginseng C.A.Meyer和西洋參American ginseng（Panax quinquefolius L）轉(zhuǎn)錄組數(shù)據(jù)進行了重新拼接和分析；發(fā)現(xiàn)了與驗證了可參與皂苷合成的微生物來源的角鯊烯合成酶（SS）和鯊烯環(huán)氧酶（SE）基因，以及多個潛在參與皂苷合成的糖基轉(zhuǎn)移酶基因。（3）次級代謝產(chǎn)物合成途徑解析和設計：實現(xiàn)了在大腸桿菌和藍藻中異戊二烯的異源生物合成；已經(jīng)挖掘、改造、合成了10多個異戊二烯生物合成途徑上的關(guān)鍵結(jié)構(gòu)元件；實現(xiàn)了異戊二烯合成限速酶的催化性能的提高。并建立了C13代謝流量分析平臺，發(fā)展了穩(wěn)定同位素標記結(jié)合核磁共振分析或質(zhì)譜分析的代謝流量組學分析技術(shù)，可用于代謝途徑的發(fā)現(xiàn)和代謝通路的識別，為人工細胞的優(yōu)化設計提供理論依據(jù)。（4）元件與模塊檢測關(guān)鍵技術(shù)的建立：在蛋白質(zhì)水平，選擇藍細菌為模型發(fā)展了高效的蛋白復合體分析技術(shù)，完善了對相關(guān)生物功能模塊的認識，為進一步工程改造多不飽和脂肪酸合成，以及將高效模塊用于提高其他高附加值的產(chǎn)物奠定理論和技術(shù)基礎。與此同時，在細胞水平，建立了元件與模塊的單細胞拉曼表征平臺，并利用該平臺成功開發(fā)了一種不需外加標記的活體單細胞油脂和淀粉的定量分析技術(shù)，為產(chǎn)油和產(chǎn)淀粉相關(guān)元件與模塊在難培養(yǎng)微生物中的發(fā)掘提供了新的方法，同時為針對其他目標化合物的單細胞分析與分選技術(shù)的開發(fā)奠定了基礎。

關(guān)鍵詞：合成生物學 細胞工廠 生物元件 單細胞

Abstract：The main objectives for year 2013 have been completed. In year 2013， we have several highlights accomplishments including： （1）Set up the metabolism analysis mode and metabolic network analysis methods for the Yeast and photosynthetic microbe.（2）Improve the ginseng saponin synthetic systems based on the structure and function analysis of Panax ginseng C.A.Meyer and Panax quinquefolius L genomic data.（3）Establish C13 metabolic flux analysis platform to design secondary metabolite biosynthesis.（4）Develop single-cell Raman technology to screen functional components or cells. Published 20 SCI papers， and applied for 5 patents this year.

Key Words：Synthetic biology；Cell factory； Biological components；Single cell

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