谷氨酸棒状杆菌是一种重要的传统工业微生物,被广泛应用于氨基酸、维生素和核苷酸的工业化生产中。其基因组学和分子遗传操作工具的快速发展,使它具备了作为新型细胞工厂的潜力。但是,相对于大肠杆菌等模式生物,对于棒杆菌的代谢调控研究较少,特别是目前还缺乏谷氨酸棒状杆菌集成细胞网络的研究,其高产机理和代谢调控机制尚不清楚,这一现状严重阻碍了谷氨酸棒状杆菌的系统生物学研究和大规模菌种理性设计优化。本文综合应用公共数据库KEGG和CoryneRegnet以及文献数据库资源,系统整理和分析了谷氨酸棒状杆菌的转录调控信息,并对以往报道的代谢网络数据进行了扩展,建立了基因转录调控和代谢途径本地数据库。并且以基因-酶-生化反应为接口,首次成功构建了谷氨酸棒状杆菌的集成细胞网络,它包含1384个反应,1276个化合物,88个调节子,999对转录调控关系。在该集成细胞网络中我们找到了8个转录与代谢双层次协同作用的调控关系,这在单一网络中是无法实现的。同时,我们借助Pajek和Cytoscape等网络分析工具对谷氨酸棒状杆菌的细胞网络进行了拓扑结构和功能分析,结果表明谷氨酸棒状杆菌的转录调控关系可分为五层,包含五大功能模块,拥有8个全局调节子。另外,其代谢网络呈现出清晰的bow-tie结构,各功能区域之间按照一定的规律进行信息交流,并且有中心代谢物的存在,这结构有利于提高微生物应对外界环境的鲁棒性和节省资源。此外,本文还以赖氨酸的生物合成为例,提出了一种从集成细胞网络中提取代谢调控子网络的新方法。与传统赖氨酸生物合成途径相比,该方法提取的子网络不仅包含更多的代谢路径,而且含有催化生化反应的酶及其转录调控信息,这对氨基酸等产品高产生物机制的研究和工程菌株的定向改造具有重要的指导意义,为下一步进行集成细胞网络的动态预测模拟和细胞工厂的理性设计奠定了基础。