基因组网络分析与功能模块设计—2013年度科技报告

徐健　花强　陈磊　杨琛　冯露

摘 要：该年度进展顺利，主要年度进展均已完成，发表论文20篇（其中SCI论文20篇），申请专利5项。年度进展亮点包括：（1）基因组尺度代谢网络模型的构建：针对耶氏酵母和微拟球藻两种底盘微生物细胞，针对特定工业性状，构建了基因组规模代谢网络模型。同时开发了新型的基于差量网络分析技术的代谢网络模拟方法，能够更有效地寻找过表达、限制表达等代谢改造靶点。该方法在既有的大肠杆菌模型和该课题组构建的解脂耶氏酵母模型上，对多种代谢物的合成进行了模拟仿真，得到的结果中不但包含了现有文献中已证实的操作，更能够建议一些非直观但仿真效果很好的遗传改造策略。（2）人参皂苷合成途径解析：完成了不同参龄、品种、生长环境及组织的人参转录组样本的采集，并完成3年和5年须根转录组文库的测序；对人参Panax ginseng C.A.Meyer和西洋参American ginseng（Panax quinquefolius L）转录组数据进行了重新拼接和分析；发现了与验证了可参与皂苷合成的微生物来源的角鲨烯合成酶（SS）和鲨烯环氧酶（SE）基因，以及多个潜在参与皂苷合成的糖基转移酶基因。（3）次级代谢产物合成途径解析和设计：实现了在大肠杆菌和蓝藻中异戊二烯的异源生物合成；已经挖掘、改造、合成了10多个异戊二烯生物合成途径上的关键结构元件；实现了异戊二烯合成限速酶的催化性能的提高。并建立了C13代谢流量分析平台，发展了稳定同位素标记结合核磁共振分析或质谱分析的代谢流量组学分析技术，可用于代谢途径的发现和代谢通路的识别，为人工细胞的优化设计提供理论依据。（4）元件与模块检测关键技术的建立：在蛋白质水平，选择蓝细菌为模型发展了高效的蛋白复合体分析技术，完善了对相关生物功能模块的认识，为进一步工程改造多不饱和脂肪酸合成，以及将高效模块用于提高其他高附加值的产物奠定理论和技术基础。与此同时，在细胞水平，建立了元件与模块的单细胞拉曼表征平台，并利用该平台成功开发了一种不需外加标记的活体单细胞油脂和淀粉的定量分析技术，为产油和产淀粉相关元件与模块在难培养微生物中的发掘提供了新的方法，同时为针对其他目标化合物的单细胞分析与分选技术的开发奠定了基础。

关键词：合成生物学 细胞工厂 生物元件 单细胞

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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