红球菌PD630全基因组代谢网络重构的研究

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1、中图分类号：Q591.1单位代码：11414学号：2013210311题目红球菌PD630全基因组代谢网络重构的研究学科专业化学工程与技术研究方向新能源化工硕士生徐海东指导教师吕静助理研究员入学时间：2013年9月论文完成时间：2016年5月硕士学位论文独创性声明郑重声明：本硕士学位论文是作者个人在导师的指导下立进行研究工作，独所取得的成果。除了文中特别加以标注和致谢的地方外，论文中不包含其他个人和集体已经发表或撰写的研究成果，也不包含为获得中国石油大学或者其它单位的学位或证书所使用过的材料。对本研究做出贡献的个人和集体，均己在论文中做了明

2、确的说明并表示了谢意，作者和导师完全意识到本声明产生的法律后果并承担相应责任。作者签名：曰期：导师签名：日期：硕士学位论文版权使用授权书本学位论文作者及指导教师完全了解中国石油大学（北京）学位论文版权使用的有关规定，使用方式包括但不限于：学校有权保留并向有关部门和机构送交学位论文的复印件和电子版；允许学位论文被查阅和借阅；学校可以公布学位论文的全部或部分内容，可以采用影印、缩印或扫描等复制手段保存和汇编学位论文；可以将本学位论文的全部或部分内容编入有关数据库进行检索。本学位论文属于保密范围，保密期限〇年，解密后适用本授权

3、书。本学位论文作者如需公开出版学位论文的部分或全部内容，必须征得导师书面同意，且须以中国石油大学（北京）为第一署名单位。作者签名＇：Ｍｂ日期：９－导师签名：Ｉｆ日期ＩＩ）：￣￣Ｉ摘要摘要采用系统生物学和信息生物学的方法，构建生物体全基因组代谢网络有助于从全局的角度出发，研究生物体内代谢途径分布和代谢产物的积累，在指导生物体代谢工程实践和工业应用方面具有重要意义。红球菌（RhodococcusOpacus）PD630是红球菌属中著名的产油细菌，可以广泛利用多种底物作为碳源，转化成油脂储存在体内。PD630具有强大的碳源转化能力，

4、可以在含有纤维素、半纤维素和木质素的工农业废水中良好生长，通过吸收有机物质作为生长需要的碳源，能够有效降低工农业废水污染性。PD630可以在被石油污染的土壤中生长，吸收烷烃和芳香烃化合物作为碳源，有效缓解污染。PD630具有非常强的油脂积累能力，在一定培养条件下，PD630积累甘油三酯（TAG）在体内，最高可达到细胞干重的70%~80%。本课题以PD630全基因组序列信息和注释结果为基础，构建了世界上首个PD630全基因组代谢网络模型。模型构建工作包括三个部分：（一）全基因组注释数据的提取和初等网络的构建；（二）初等网络的人工精炼，包括代谢反应预处理、反应方向

5、的确定、细胞区室的划分及评估机制的建立、代谢反应的补充、反应电荷和质量配平、生物质方程的建立等工作；（三）模型评估与校正，通过FBA计算结果与湿实验结果比较，对模型不断进行校正以提高精度。最终获得的模型包括1384个反应、91个代谢途径、1026个代谢物和1785个基因。其中，模型配置交换反应121个，运输反应153个，拥有基因标注的反应共1127个。以MATLAB平台和Cobra工具箱为基础，对PD630代谢网络进行了模拟分析。模拟工作主要包括：鲁棒性分析，表型相平面分析，脂肪酸、TAG和其它副产物的生产，辅因子化合物的预测，代谢流分析，模拟代谢工程利用木糖

6、，基因必需性分析。关键词：红球菌PD630；代谢网络；TAG积累；鲁棒性分析；基因必需性-II-ABSTRACTReconstructionofGenome-ScaleMetabolicNetworkfortheRhodococcusOpacusPD630ABSTRACTWiththehelpofbioinformaticsandsystemsbiology,themethodofbuildingabiologygenome-scalemetabolicnetworkisconducivetoresearchthedistributionofmetabolic

7、pathwaysandtheaccumulationofmetabolitesfromtheglobalperspective.It’salsoofgreatsignificancetoguidethebiologymetabolicengineeringpracticeandindustrialapplications.RhodococcusOpacusPD630isawell-knownlipidproducingbacteriaofRhodococcus.Avarietyofsubstratescanbeusedwidelyasthecarbonsour

8、ceandconvertedtolip