红色糖多孢菌是生产大环内酯类抗生素红霉素的主要工业菌株,构建完整可靠的全基因组代谢网络模型(Genome-Scale Metabolic Model,GSMM),对深入了解红色糖多孢菌代谢机制,从而高效开展新菌株构建、全合成培养基设计及发酵工艺优化放大等研究,具有重要意义。目前已公开发表的红色糖多孢菌GSMM,存在着结构描述不完整、未充分整合多组学数据等问题,导致其性能有限,限制了应用范围。本文基于红霉素工业高产菌株E3的最新基因组、转录组和代谢组数据,重构了红色糖多孢菌GSMM,对其性能进行全面考察,并将其用于指导正丙醇补加工艺的优化。基于E3菌株最新的基因组注释信息,重构升级了红色糖多胞菌GSMM,填补了原模型iZZ1342中空缺的代谢反应,增加了糖异生及正丙醇利用等途径。利用最新的转录组和代谢组学数据,对模型进行人工精炼,得到了新的红色糖多胞菌GSMM,命名为iJL1426。iJL1426包含1426个注释基因,1687个代谢物,1858个代谢反应。与上一版本模型iZZ1342相比,数量分别提升了 10.46%、2.8%、10.33%。利用实验数据,考察了 iJL1426的预测性能。鲁棒性分析结果表明,在分析的底物限制范围内,菌体比生长速率与葡萄糖及氧气摄取速率具有线性关系。表型相平面分析的结果与鲁棒性分析相一致。碳源和氮源可利用性的模拟结果与文献报道吻合性良好,同iZZ1342相比,iJL1426准确率分别提高了 14.80%、12.00%。发酵实验生理代谢参数显示,iJL1426对菌体比生长速率及红霉素比合成速率的模拟结果与实验数据呈现出相同的变化趋势。13C代谢流结果显示,模拟值同实验值相当接近,相关系数达到了 0.915。单基因敲除模拟结果显示,96个基因为必需基因,主要分布在氨基酸、嘌呤、嘧啶、泛酸、辅酶A和能量合成等代谢途径上。双基因敲除模拟结果显示,致死基因对主要分布在氨基酸、嘌呤、嘧啶、磷酸戊糖、泛醌和萜类物质合成等代谢途径。能提高红霉素合成速率的基因中,模型预测和文献报道比较吻合。根据iJL1426模拟结果,优化了正丙醇补加工艺。正丙醇补加模拟结果显示,起始时红霉素比合成速率随着正丙醇利用速率同步增大,到达一定程度后反而随着正丙醇吸收速率增大而下降,表明正丙醇作为红霉素生物合成前体的重要来源,并非补加得越多越有利于红霉素的合成。基于这一发现,设计了 0、0.025、0.050和0.075g/L/h等四种正丙醇补料模式。实验结果表明,正丙醇最佳补料速率为0.05 g/L/h时,红霉素效价为1442.84μg/mL,比未补加正丙醇提高了 45.02%,并且红霉素比合成速率也提高了 30.25%。上述结果表明,本文重构的iJL1426模型具有较好的描述完整度和预测能力,为深入全面掌握红色糖多胞菌代谢机制奠定了良好基础。