地衣芽孢杆菌WX-02代谢网络构建及分析

【摘要】地衣芽孢杆菌(Bacilluslicheniformis)是一种应用前景非常广泛的工业生产菌株,可产生多种抗生素及工业酶制剂,尤其聚-γ-谷氨酸(Poly-y-glutamicacid,γ-PGA)更是在食品、医药、环境治理等方面有重要应用。全基因组规模的代谢网络构建整合了多种类型的数据,可以从系统水平上对地衣芽孢杆菌特性以及代谢途径进行分析。本研究基于模式物种枯草芽孢杆菌168的代谢网络iBsu1103,采用基因同源映射的方法,并结合京都基因与基因组百科全书自动注释(KAAS注释)、细胞表型芯片(PhenotypeMicroArray,PM))实验数据及大量文献信息,成功构建了地衣芽孢杆菌WX-02的全基因组规模代谢网络模型iZH1008。该模型包含1105种代谢物,1761个代谢反应,基本涵盖了维持细胞生长所必需的代谢反应。代谢网络模型构建完成后,通过PM实验对该模型的碳源、氮源、磷源、硫源利用情况进行了验证,结果显示在220种营养物质中有169种营养物质计算模拟结果和实验结果是一致的,最终模型的准确度为76.8%。此外,我们还对模型进行了M9葡萄糖最小培养基和LB丰富培养基条件下的必需基因筛选,分别得到235和195个必需基因。对这些必需基因在网络模型中所处的亚系统进行分类表明,这些必需基因主要集中在大分子合成上。然后将模拟结果和实验数据结果进行比对,由于缺乏地衣芽孢杆菌的必需基因数据集,故我们将计算模拟的地衣芽孢杆菌必需基因结果和枯草芽孢杆菌的必需基因实验数据进行比较,结果发现LB培养基条件下的195个必需基因中,有149个是和枯草芽孢杆菌共有的,49个是地衣芽孢杆菌所特有,这49个特有的必需基因为后续的实验验证提供了理论基础。最后,我们利用Cytoscape进行网络的拓扑结构分析并成功找到了γ-PGA合成途径中的关键节点,并预测了一条地衣芽孢杆菌WX-02产γ-PGA的途径,对其进行大规模工业生产有一定的指导意义。
【作者】张虹；
【导师】陈玲玲；
【作者基本信息】华中农业大学，微生物学，2014，硕士
【关键词】地衣芽孢杆菌；基因组规模代谢网络；聚-γ-谷氨酸；代谢途径；

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