中文摘要：

微生物代谢研究为认识生命活动及其与环境互作的基本规律，即分子生理规律奠定了基础。在"组学"数据基础上发展起来的系统生物学和合成生物学理念，为深入认识微生物代谢生理调控的分子机理，进而改造（或创建）微生物代谢途径，有效解决社会需求相关的科学技术问题，提供了崭新的思路。微生物代谢生理及其调控的核心科学问题是代谢为适应环境和细胞生长发育所采用的信号转导及相关的转录与转录后修饰机理。群体将"组学"数据挖掘分析和基因组/基因合成相结合，在功能基因组和代谢网络解析，蛋白质结构、修饰与功能研究以及遗传操作与合成生物学技术等方向上协同努力，研究微生物初级代谢和次生代谢模块磨合的生理生化机理，代谢调控从信号转导到转录及转录后修饰的分子生物学机理，代谢与生理功能模块适配及网络构建系统合成生物学机理。揭示微生物代谢生理适应不同环境条件的定量调控规律，攻克关键技术难点，并建立研发工程平台。

结论摘要：

本实验室前期研究发现，在地中海拟无枝菌酸菌培养基中添加硝酸盐之后，菌株氮碳代谢生理发生协同性变化，有利于利福霉素产量的大幅提高，该现象被称为“硝酸盐效应”。研究该效应的分子机制不仅有助于提升支撑菌株改造和工艺改进等放线菌“合成生物制造”应用的理论基础，而且有望在放线菌中发现一类独特的氮代谢调控机制。群体以地中海拟无枝菌酸菌为主要材料，结合模式放线菌天蓝色链霉菌，在基因组和功能基因组学信息基础上，采用系统合成生物学的策略，深入解析以“硝酸盐效应”为主要代表的的初级代谢和次级代谢的调控机理及两者协同调控的网络。团队系统鉴定了地中海拟无枝菌酸菌中受硝酸盐调控的基因；不仅在转录水平上直接观测到了同时影响初级代谢和次生代谢的全局性“硝酸盐效应”，而且认识到硝酸盐生理效应本质为通过调控一系列初级代谢和次级代谢相关基因的表达来增加前体的供给和提高次级代谢产物利福霉素的合成能力，并最终提高其产量；从而提出“硝酸盐效应”分子机制的工作模型。研究锁定全局性氮代谢调控因子GlnR与“硝酸盐效应”密切相关；深入、细致地研究了受其调控的若干靶基因的 cis-element序列组成规律，形成了独到的思路。研究证明了GlnR的Asp残基不被磷酸化，但该残基对于维持活性GlnR二聚体结构必需，为进一步研究调控其活力的分子机制，奠定了重要的基础。群体特别重视系统合成生物学技术创新与基础技术平台的建设。利用群体长期积累的遗传操作技术优势，在天蓝色链霉菌开展了底盘细胞改造工作，并获得了具有染色体小，表型稳定，背景清晰等优点的底盘链霉菌ZM11；为后续“硝酸盐效应”信号转导通路的重构研究奠定了良好的基础。根据合成生物学发展的需要，群体开发了创新的大片段DNA合成等合成生物学使能技术。群体还成功建立了基因组、代谢流量组检测与分析平台以及代谢调控网络解析的生物信息学平台。这些平台将在下一阶段的团队工作中，发挥重要的功能，支撑对“硝酸盐效应”分子机制的全面解析。