大豆慢生根瘤菌基因組規(guī)模代謝網(wǎng)絡(luò)構(gòu)建與分析.pdf

1、共生固氮是氮元素生物地球化學(xué)循環(huán)的重要環(huán)節(jié)，是生物圈中氮素的主要來源。根瘤菌-宿主植物共生固氮系統(tǒng)是研究互利共生關(guān)系的模式體系。大豆慢生根瘤菌BradyrhizobiumjaponicumUSDA110具有較強(qiáng)的共生固氮能力，在農(nóng)業(yè)和環(huán)境領(lǐng)域應(yīng)用廣泛，是慢生根瘤菌屬的代表菌株和共生固氮研究的模式物種之一。B.japonicumUSDA110代謝網(wǎng)絡(luò)模型的構(gòu)建、模擬和分析有助于從系統(tǒng)層面和代謝角度加深對共生固氮的認(rèn)識。
　　參考Si

2、norhizobiummeliloti1020代謝網(wǎng)絡(luò)模型iHZ565，結(jié)合KEGG數(shù)據(jù)庫中B.japonicumUSDA110相關(guān)數(shù)據(jù)構(gòu)建了目的菌株代謝網(wǎng)絡(luò)草圖。通過整合數(shù)據(jù)庫信息、在線工具和軟件預(yù)測信息及文獻(xiàn)資料信息對代謝網(wǎng)絡(luò)草圖進(jìn)行優(yōu)化，構(gòu)建了B.japonicumUSDA110基因組規(guī)模代謝網(wǎng)絡(luò)模型iYY1065。該模型包含1053個(gè)反應(yīng)、663個(gè)代謝物，涉及1065個(gè)基因，占B.japonicumUSDA110基因總數(shù)的12.

3、8％。通過對模型施加特定的目標(biāo)函數(shù)和最簡底物輸入集分別確定了自生(FL)、共生固氮含支鏈氨基酸轉(zhuǎn)運(yùn)（SNF1）和共生固氮不含支鏈氨基酸轉(zhuǎn)運(yùn)(SNF2)三個(gè)生理狀態(tài)對應(yīng)的特性代謝網(wǎng)絡(luò)模型。
　　基于所構(gòu)建的代謝網(wǎng)絡(luò)，通過流平衡分析對自生和共生固氮狀態(tài)進(jìn)行模擬。模擬了iYY1065模型對42種碳源和9種氮源的利用情況，模擬結(jié)果與實(shí)驗(yàn)結(jié)果相符的占60.8％，弱相符的占23.5％，不相符的占15.7％。三種特性代謝網(wǎng)絡(luò)模型反應(yīng)相關(guān)基因數(shù)據(jù)

4、與轉(zhuǎn)錄組數(shù)據(jù)重疊性分別為75％(FL)、42％(SNF1)、45％(SNF2)。分別對特性代謝網(wǎng)絡(luò)模型進(jìn)行了基礎(chǔ)代謝途徑分析、KEGG代謝途徑分析、代謝通路流量分析、共生固氮生理指數(shù)分析、穩(wěn)健性分析和基因敲除分析。通過單基因敲除分析確定自生和共生固氮狀態(tài)的必需基因分別為233個(gè)和20個(gè)，通過雙基因敲除分析確定自生和共生固氮狀態(tài)的必需基因?qū)Ψ謩e為123個(gè)和21個(gè)。綜合上述分析結(jié)果得到兩個(gè)主要假設(shè):1）快生根瘤菌共生固氮體系中必需的宿主向類