大豆慢生根瘤菌基因組規(guī)模代謝網(wǎng)絡構建與分析.pdf

1、共生固氮是氮元素生物地球化學循環(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)是研究互利共生關系的模式體系。大豆慢生根瘤菌BradyrhizobiumjaponicumUSDA110具有較強的共生固氮能力，在農業(yè)和環(huán)境領域應用廣泛，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)絡模型的構建、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識。
　　參考Si

2、norhizobiummeliloti1020代謝網(wǎng)絡模型iHZ565，結合KEGG數(shù)據(jù)庫中B.japonicumUSDA110相關數(shù)據(jù)構建了目的菌株代謝網(wǎng)絡草圖。通過整合數(shù)據(jù)庫信息、在線工具和軟件預測信息及文獻資料信息對代謝網(wǎng)絡草圖進行優(yōu)化，構建了B.japonicumUSDA110基因組規(guī)模代謝網(wǎng)絡模型iYY1065。該模型包含1053個反應、663個代謝物，涉及1065個基因，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運（SNF1）和共生固氮不含支鏈氨基酸轉運(SNF2)三個生理狀態(tài)對應的特性代謝網(wǎng)絡模型。
　　基于所構建的代謝網(wǎng)絡，通過流平衡分析對自生和共生固氮狀態(tài)進行模擬。模擬了iYY1065模型對42種碳源和9種氮源的利用情況，模擬結果與實驗結果相符的占60.8％，弱相符的占23.5％，不相符的占15.7％。三種特性代謝網(wǎng)絡模型反應相關基因數(shù)據(jù)

4、與轉錄組數(shù)據(jù)重疊性分別為75％(FL)、42％(SNF1)、45％(SNF2)。分別對特性代謝網(wǎng)絡模型進行了基礎代謝途徑分析、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個和20個，通過雙基因敲除分析確定自生和共生固氮狀態(tài)的必需基因對分別為123個和21個。綜合上述分析結果得到兩個主要假設:1）快生根瘤菌共生固氮體系中必需的宿主向類