微生物细胞记忆的应用基础研究

微生物将环境诱导获得的表型传递给子代的细胞记忆（cellular memory）在微生物对环境应对中有重要作用，利用细胞记忆可望显著提高我们改造和提升微生物的能力，然而微生物的细胞记忆是如何传递及微生物是怎样调控细胞记忆等细胞记忆的基本机理尚不清楚，制约了其广泛应用。申请者以酿酒酵母的对抑制剂的细胞记忆为例，尝试以细胞记忆过程中的细胞差异蛋白为突破口，解析细胞记忆的分子机制。建立微生物细胞记忆的模式过程，利用高通量定量分析技术，从蛋白到代谢物以层层递进的策略全细胞内搜索调控细胞记忆的关键细胞组分，进一步运用内部和外部扰动策略解析关键细胞组分之间的相互调控规律；定位关键组分在调控通路中的位置，构建细胞记忆的调控通路，揭示微生物细胞记忆的基本规律，指导微生物复杂性状的理性改造。该研究将为突破生化工程领域长期存在的微生物的环境相关复杂性状的理性改造和优化的难题提供新思路。

研究工作圆满达到预期目标，研究内容和研究计划按原计划进行，基本未作调整，仅在原计划的基础上增加了全基因组筛选细胞记忆靶点基因的工作。.基于酿酒酵母对纤维素水解液中抑制剂的耐受表现，建立了细胞耐受性记忆模式过程，发现细胞耐受能力经过一代培养即可获得记忆；同时发现记忆消退与菌株背景有关。利用建立的模型，从蛋白组和小分子代谢物层次尝试解析细胞耐受性记忆的机理。主要进展包括：1）代谢组学解析菌株在快速适应抑制剂过程中菌株对抑制剂可能响应机理。发现了一批与细胞记忆和菌株耐受性密切相关的生物标志物，包括糠酸、2,3丁二醇、γ-氨基丁酸、甘油等，发现氧化还原代谢在抑制剂耐受中的有重要作用。2）利用基于LC-MS/MS的同位素标记蛋白质组学技术，定量研究了在酿酒酵母细胞记忆产生的不同阶段的蛋白组变化，差异蛋白主要分布在细胞代谢，能量，蛋白质合成和细胞压力响应等方面。.项目执行期间已经发表SCI论文2篇，正在准备的论文1篇；申请专利3项。协助培养硕士生2名，博士生1名。