14412.細菌生理與基因調(diào)控之間關(guān)系的定量研究

1、密級：中國科學(xué)院大學(xué)UniversityofChineseAcademyofSciences博士學(xué)位論文細菌生理與基因調(diào)控之間關(guān)系的定量研究作者姓名：指導(dǎo)教師：學(xué)位類別：學(xué)科專業(yè)：研究所：張慶史華林研究員中國科學(xué)院理論物理研究所理學(xué)博士理論物理中國科學(xué)院理論物理研究所2013年5月摘要細菌的許多宏觀生理行為是由基因調(diào)控決定的。反過來，基因調(diào)控也受到細菌各種生理行為的影響。本論文對細菌的一些生理行為與基因調(diào)控之間的相互依賴關(guān)系進行了定量系

2、統(tǒng)的研究。在大腸桿菌中，CRP是一種全局轉(zhuǎn)錄因子，由cAMP激活，并負責(zé)調(diào)控乳糖代謝。在前期實驗中，我們組發(fā)現(xiàn)高水平的CRP—cAMP導(dǎo)致啟動子活性和細胞生長速率均顯著下降。為解釋這一異?，F(xiàn)象，通過假設(shè)與DNA非特異性結(jié)合的CRP—cAMP綁架RNA聚合酶，提出了一個全局調(diào)控模型，并做了大量實驗來驗證由模型給出的預(yù)言。這一研究中，本人主要完成了突變CRP，測量CRP突變體效應(yīng)以及以基因組上的lacZ作為報告基因的相關(guān)實驗。在細胞周期中，

3、基因組的復(fù)制受到嚴格的控制。復(fù)制起始頻率需要與增殖速率相匹配。在許多種類的細菌中，DnaA是基因組復(fù)制起始中的關(guān)鍵調(diào)節(jié)因子?；诖竽c桿菌復(fù)制起始位點處DnaA盒子的分布特點，我們推導(dǎo)了復(fù)制起始概率?？紤]到通過影Ⅱ$]DnaA的活性和定位來調(diào)控復(fù)制起始的各個因素之后，發(fā)展了一個動力學(xué)模型來描述與細胞周期相匹配的DnaA振蕩現(xiàn)象。模擬結(jié)果顯示對于DnaA的各種調(diào)控使基因組復(fù)制和細胞生長相耦合。我們也探討了其他因子對DnaA振蕩的影響。我們提

4、出RNA聚合酶是通過調(diào)整dnaA的轉(zhuǎn)錄活性來協(xié)調(diào)不同生長速率下基因組復(fù)制和細胞生長過程的一個候選因子。為適應(yīng)各種各樣的環(huán)境壓力，細菌進化出了各種響應(yīng)機制。這些機制經(jīng)常涉及到細胞資源尤其是蛋白資源的重新分配。近年來，研究人員發(fā)現(xiàn)了細菌生理變化的一些現(xiàn)象學(xué)特征，并基于關(guān)于蛋白的一個自我復(fù)制系統(tǒng)進行了解釋。為了研究在壓力條件下細菌蛋白的分配問題，我們建立了一個最優(yōu)化模型。我們的模型考慮了一個更加完整的蛋白自我復(fù)制系統(tǒng)，并應(yīng)用了流平衡分析的方法