树干毕赤酵母基因组规模代谢网络模型的构建与运用

摘要

作为一种非传统型酵母，树干毕赤酵母因其宽广的碳源代谢能力而成为纤维素乙醇的潜在生产菌。为了更好的从系统层次理解从数据库中下载己公布的S.stipitis全基因组序列，采用自行编写的基于Matlab的程序，通过比较基因组学(Blastp)和KAAS的研究方法，整合生化数据库和文献组学的数据，构建具有基因-蛋白质-反应(gene-protein-reaction)关联的基因组规模代谢网络模型iTL885。所构建的模型包括1240个反应、870个代谢物和885个基因，分布在4个亚细胞系统。注释具有代谢功能的基因占全部基因的13.2%。借助这一模型，深入解析了树干毕赤酵母的生理特性:(1)注释获得了49个糖转运子，阐释了S.StipitiS高效利用不同碳源的分子机制；(2)获得了以葡萄糖为碳源时的最小基因集合(110个必需基因和158个必需生化反应)；(3)结合不同碳源(葡萄糖和木糖)的转录组数据，解析了制约乙醇和琥珀酸高效合成的限速步骤；(4)模拟了利用木糖发酵生长乙醇和乳酸，鉴定了潜在的基因敲除靶点来提高目的产物的产量。本研究所构建的S.stipitis的代谢网络模型不仅在一定程度上阐述生理代谢特点，指导代谢工程改造等，更为系统整合分析蛋白质组、转录组、代谢组和文献组等各种组学数据提供了有效的平台。