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Spathaspora passalidarum NRRL Y-27907是木质纤维素乙醇生产的优势菌株,具有广泛的碳源底物谱,能在厌氧和好氧条件下同时发酵葡萄糖、木糖、纤维二糖等生成乙醇。受限于其代谢机制不清晰,不能系统研究其复杂的代谢过程,基因组规模代谢网络(Genome-scale metabolic model,GSMM)能够为全面解析其生理代谢功提供有效的平台。本文针对GSMM的自动化构建现状,基于Java语言、Perl语言、图像处理算法以及权重打分机制开发了具有普适性的基因组代谢网络的自动化修正程序。在此程序的辅助下,完成了S.passalidarum NRRL Y-27907酵母GSMM的构建,随后解析了此酵母的基本代谢特征。主要研究内容包括:(1)提出了一种GSMM自动化修正的方法:通过超文本传送协议和Java控件Http Client相结合,实现了网站脚本语义的自动提交与分析;基于KEGG、Meta Cyc、Met Rxn在线数据库以及多个蛋白区间定位预测网站对基因组规模代谢网络模型进行了自动化断点补齐;采用图像处理算法和权重打分机制确定可信度高的特异性反应,完成GSMM的自动化修正过程。利用此程序自动化构建了S.passalidarum NRRL Y-27907酵母的全基因组规模代谢模型i XW790。(2)基于构建的i XW790模型,探究S.passalidarum NRRL Y-27907酵母的生理代谢功能,定量模拟其利用木糖、葡萄糖和纤维二糖的细胞生长表型。运用Matlab和Cobra算法分析了氧气环境扰动对其生产乙醇产量以及核心代谢途径流量分布的影响。氧气鲁棒性分析表明环境中溶氧较低时,才会生成乙醇,当溶氧大于特定值时生成的乙醇会被再次氧化,造成实际乙醇产量减少。(3)在解析木糖发酵乙醇的基础上,综合利用Opt Knock和流量平衡分析(FBA),预测了提高酵母乙醇产量的代谢改造方法以及发酵培养基优化策略。运用Opt Knock鉴定了3个提高乙醇产量的基因靶点(CYC1、ALA2、GDH3),FBA分析表明3种敲除方案均能提高乙醇产量,其中GDH3模拟缺陷型效果最显著,乙醇生成速率达到8.767mmol·g DCW-1·h-1,较野生型提高了7.576%。FBA预测添加微量的有机氮源能够促进乙醇合成,其中脯氨酸的添加对乙醇速率的提高效果最显著,其生成速率可达到9.72mmol·g DCW-1·h-1,提高了19.9%。鉴于脯氨酸能够促进S.passalidarum NRRL Y-27907酵母的细胞生长和乙醇生成,将其分别添加到3种模拟缺陷型中,分析表明GDH3缺陷型乙醇生长速率达到了10.24 mmol·g DCW-1·h-1,较野生菌木糖最小培养基乙醇的产量8.1028 mmol·g DCW-1·h-1,提高了26.38%。(4)利用多目标分析和遗传算法预测了S.passalidarum NRRL Y-27907酵母葡萄糖生长的最简基因组,可为细胞底盘合成提供一定的理论指导。