转录调控网络和代谢网络是系统生物学的两个重要研究领域。基因调控网络描述调控因子与目标基因之间的相互作用关系,代谢网络包含所有代谢物、生化反应和酶之间的相互作用。以代谢网络为基础,基于约束的建模方法是预测细胞表型的重要技术,在这些技术的支持下,开发计算菌株优化算法从而理性地为工程菌株的设计提供指导成为了可能,近来不断有相关的方法发表。但是,相关的方法大都只利用了代谢网络,将基因调控网络整合起来以揭示转录调控对菌株改造影响的研究较少。本课题基于我们新创建的统计推断的调控网络与代谢网络整合的方法,采用模拟退火框架开发了新的计算菌株优化方法,以识别调控因子和代谢基因上调、下调及敲除的改造方案。我们以酵母合成琥珀酸和2,3-丁二醇为例,应用该方法得到了菌株优化的方案,并对这些方案进行了系统性的评估和分析,包括致死基因的筛查和基于路径的执行代价分析等。最后将我们的结果与其他方法进行了比较,证明了改造效果上的优势。本项目用整合的系统生物学方法指导代谢途径优化改造,对于设计工程菌株以推动生物能源等应用的发展具有重要的指导意义和实际应用价值。