原核基因表达水平热适应调控机理的系统生物学研究

基因表达成蛋白质的过程是一个复杂的分子调控过程。本项目拟收集文献报道的实验数据，创建与温度适应相关的原核基因表达专门数据库。基于此数据库，在DNA转录、mRNA结构、多肽链翻译效率、折叠速率和氨基酸代谢通量等多个层次上，系统地研究原核基因表达水平的热适应调控机理，找出影响基因表达水平的关键因素和序列特征，并尝试构建从基因序列特征出发，预测原核基因热适应表达水平的定量化指标。通过基因重组和定点突变等基因工程手段，配合最新的高通量表达水平检测技术，验证所获得的机理认识的正确性和普适性。本项目的实施，有助于系统地揭示原核微生物基因表达水平对温度适应的机理。鉴于原核微生物的广泛分布和用途，以及温度这一基本物理量的普遍影响，对于原核微生物基因表达热适应机理的认识，具有重要的理论意义和多方面的实践价值。

原核生物的基因表达是依赖于环境的，温度在基因表达调控中扮演着十分重要的角色。本项目的目标是研究原核生物基因表达的热适应调控机理，拟解决两个关键问题：（1）基于现有数据研究热胁迫条件下影响基因表达水平的各个因素；（2）构建从序列出发预测原核生物基因热适应表达水平的定量指标，并进行实验验证。截至当前，本项目进展顺利，年度计划完成情况较好，基本上实现了项目预定的研究目标。下面将项目所取得的主要进展和结果分四个方面进行说明。第一，我们收集了与温度相关的原核生物基因表达水平的数据，构建了关系型数据库，并开发了网络访问界面。第二，我们揭示了热胁迫条件下原核生物基因表达水平的序列决定因素，并通过与嗜热生物相关特征的比较，扩展了对原核基因表达调控机理的认识（相关结果已经发表）。第三，我们尝试构建了从序列出发预测原核基因热适应表达水平的预测指标。第四，我们应用最新的高通量技术对模式生物大肠杆菌在常温和高温条件下的转录组和蛋白组进行了检测。目前，高通量数据已经获得，后续的计算和分析工作也正在展开。本项目的完成增进了我们对原核生物基因表达水平热适应调控机理的理解。项目执行期间有一些人员变动，但未影响项目的进展。受此项目资助，5名研究生已经获得硕士学位，多名项目组成员参加了国内外学术会议。项目经费的使用符合预算。项目执行过程中遇到的主要问题是数据相对匮乏，特别是转录和翻译水平的数据实验条件不一致，影响了部分结果的统计显著性。本项目所测量的高通量转录组和蛋白组数据有望解决这些问题。