[发明专利]一种光滑球拟酵母基因组代谢模型的构建及应用技术

说明书

技术领域

本发明涉及一种营养缺陷型酵母光滑球拟酵母(Candida glabrata)的全基因组规模代谢网络(Genome Scale Metabolic Model，GSMM)的构建方法以及通过模型模拟分析而得到菌体改造的策略，属于系统生物学领域。

背景技术

工业系统生物学包括搜集、分析、整合基因组规模的高通量组学数据，从而获得目标生物系统的量化表型描述。不断更新的系统生物学工具箱被广泛用于基于基因组规模的代谢网络模拟，从而指导工业微生物代谢中间物的生产。典型实例有：酿酒酵母(Saccharomyces cerevisia)利用木糖产酒精，大肠杆菌(Escherichia coli)生产1，3-丙二醇的代谢物流量分析(Metabolic Flux Analysis，MFA)，曼琥珀酸菌(Mannheimia succiniciproducens)在基因敲除改造下生产琥珀酸。

光滑球拟酵母是一种多重维生素缺陷型的酵母，能够在胞外积累丙酮酸。关于丙酮酸生物合成的研究主要涉及营养条件的优化，菌种选育，辅因子工程调控，耐酸性和高渗胁迫等，但是丙酮酸产量提高的瓶颈依然存在。基因组规模的代谢网络模型，是从全局的角度解析菌体生理生化代谢，从而解决丙酮酸高效生产的科学问题。

随着各类资源(基因组数据库、生化反应数据库、酶学数据库、蛋白定位数据库、特异性物种信息数据库、基于约束条件的模型构建与分析软件等)的公开与发展，基因组规模代谢模型的数量呈指数增长。由于特异性生物体拥有的资源不同和模型构建方法的差异，导致模型质量参差不齐。自动化模型构建方法会因为不完全的基因注释而产生网络漏洞，需要被修正为一个有实际功能的符合基因-蛋白-反应(Gene-Protein-Reaction，GPR)关系的模型。然后通过假稳态(Pseudo steady-state)下的流量平衡分析(Flux Balance Analysis，FBA)得到不同限制性约束条件下的代谢流量分布解空间(Solution space)。通过基因组规模代谢网络模型的模拟分析，可以验证、预测生物体的生长表型和代谢途径，为代谢工程改造中关键因子的发现提供系统生物学依据等。

发明内容

本发明提供了一种营养缺陷型酵母光滑球拟酵母基因组规模代谢网络模型构建的方法，并且通过该模型模拟解析出提高丙酮酸产量的技术。

一种半自动的构建光滑球拟酵母基因组规模代谢模型的方法：1.利用一种自动化方法构建模型框架。2.比较基因组学注释：光滑球拟酵母与比较菌株(模式菌株和近亲菌株)氨基酸序列同源性分析注释其生理生化代谢功能，光滑球拟酵母和转运数据库TCDB里所有蛋白序列同源性比较，注释其转运功能。3.结合与光滑球拟酵母代谢功能相关的文献组学信息。4、用COBRA(constraint-based reconstruction and analysis)工具箱验证分析模型的实用性，具体如图1。

光滑球拟酵母的基因组规模代谢网络模型概况：六个亚细胞器分区分别是细胞质、线粒体、过氧化物酶体、高尔基体、液泡及胞外空间；804个基因占基因总数的15.4％；1023个代谢物中632个是不依赖分区的独立代谢物；1278个反应中三个与光滑球拟酵母的生物量组分直接相关，包括自由脂肪酸组成，细胞壁成分和生物量方程。在生物量成分中，硫胺素、烟酸、生物素和吡哆醇生物合成途径缺陷，须从培养基中摄取以维持细胞模拟生长。此发明可用作在基因组规模代谢网络模型中，营养缺陷型生物体代谢功能缺失的表征。

在光滑球拟酵母全基因组代谢网络模型中，用代谢流平衡分析模拟敲除乙醇脱氢酶前后反应流量的变化，发现敲除前流向副产物乙醇的碳流全部转向丙酮酸，使得丙酮酸胞外积累量增多。此发明可以作为提高光滑球拟酵母丙酮酸产量的代谢工程改造的技术。

附图说明

图1一种半自动法构建光滑球拟酵母基因组规模代谢网络模型工作流程

图2模拟敲除乙醇脱氢酶前后对细胞生长和产物生成的影响

具体实施方式

实施例1 利用KEGG converter搭建模型框架。

在KEGG数据库中下载光滑球拟酵母代谢途径的KGML格式文件，用KEGG converter软件将所有代谢途径融合形成系统生物学标记语言(Systems Biology Markup Language，SBML)格式的代谢网络模型。

实施例2 根据蛋白序列同源性对光滑球拟酵母基因组序列注释