一、SGA双突变实验标准化Bioscreen操作流程

1. 菌株分组与预培养

实验必须设置四组基因型菌株:野生型WT、单突变A、单突变B、双突变AB;每组至少3次生物学重复+3次技术重复,保证统计可靠性。

全部菌株同步活化:挑取单菌落过夜培养,次日传代一次消除冻存生长滞后;离心洗涤后用基础培养基重悬,稀释至统一初始OD 0.02~0.05(酵母标准区间)。

同步配制空白对照培养基,无菌种,用于后续基线校正。如需氧化、渗透压、营养限制等筛选胁迫,统一加入同一批次培养基,除基因背景外其余条件完全一致。


2. 200孔蜂窝板布局与加样

单孔固定体积200~350μL,先加培养基,再加标准化菌液,轻柔混匀;各组菌株棋盘交错排布,避免同一基因型集中单侧造成板位温差误差;空白对照孔均匀分散于板内各处,边缘设置缓冲对照孔降低蒸发漂移。

加样完成清除液面气泡,加盖原厂防蒸发盖板,擦拭板底透光面无指纹、水渍、残留菌液,防止光路读数噪声。


3. 仪器硬件与软件参数设置

提前清洁孵育腔体、光路,执行基线校准,确认无冷凝、霉菌、板位温差;将蜂窝板卡紧卡槽,关闭舱门。

电脑以管理员身份打开配套软件,匹配正确COM串口,关闭电脑自动休眠、USB省电功能,整机接UPS电源避免断电断连。

参数统一设置:培养温度30℃,低速间歇振荡,检测波长600nm;读数间隔20min,总培养时长48~72h;开启全程时序OD自动记录,保存CSV格式原始数据,实验全程禁止中途开盖。


4. 数据导出与预处理

实验结束导出全板时序OD原始数据并备份;使用空白对照逐点基线扣零校正,移动平均滤波适度平滑曲线,标记并剔除污染、严重沉降、异常漂移离群孔。

使用R语言growthcurver、grofit包批量拟合每条生长曲线,提取AUC曲线下总面积作为菌株适应度(生长得分Fitness),也可选用稳态最大OD作为替代指标,全程统一指标不可混用。


二、LSC系数标准计算步骤(乘法基线模型)

1. 各组平均生长得分计算

分别计算每组重复菌株AUC均值,作为标准生长得分:

WT:Obs(WT) 野生型平均AUC

A:Obs(A) 单突变A平均AUC

B:Obs(B) 单突变B平均AUC

AB:Obs(AB) 双突变AB实测平均AUC


2. 计算标准化相对单突变适应度

相对A突变生长值:f(A) = Obs(A) / Obs(WT)

相对B突变生长值:f(B) = Obs(B) / Obs(WT)


3. 乘法模型计算双突变理论预期生长值Exp(AB)

Exp(AB) = f(A) × f(B) × Obs(WT)

该模型假设两个突变无遗传互作,双突变生长表现为两个单突变缺陷相乘叠加,作为无互作理论基线。


4. LSC对数合成系数核心公式

LSC = ln( Obs(AB) / Exp(AB) )

公式含义为实测双突变生长与理论预期生长比值的自然对数。


5. LSC结果判读标准

LSC < 0:负遗传互作(合成缺陷/合成致死),双突变生长显著差于理论预期,两个基因功能存在协同必需通路。

LSC ≈ 0(±0.05区间):无显著遗传互作,双突变生长符合乘法模型预期,两个基因功能独立。

LSC > 0:正向遗传互作(缓冲互作),双突变生长优于理论预期,一个突变可补偿另一突变的生长缺陷。


三、批量计算、统计校正与结果验证

1. 高通量批量计算流程

将所有突变对AUC均值汇总为数据表,使用R/Python循环脚本批量计算每组f(A)、f(B)、Exp(AB)、LSC;输出完整突变对-LSC数值矩阵,便于批量筛选遗传互作基因对。


2. 误差校正与显著性检验

消除板效应、边缘蒸发、沉降带来的读数偏差,对同一板内全部LSC做批次归一化校正;采用t检验、Benjamini–Hochberg多重检验校正P值,设定显著性阈值,筛选真实遗传互作,排除仪器系统误差造成的假阳性。


3. 独立复筛验证

LSC显著偏离0的双突变对,重新独立开展一轮Bioscreen生长曲线实验,重复计算LSC;仅两次结果趋势一致方可判定为真实遗传互作,同时结合固体平板表型辅助验证。


四、仪器收尾与数据归档

取出蜂窝板灭菌处理废液,擦拭腔体并敞开通风干燥,防止冷凝发霉;恢复仪器默认参数,完成光路基线校准。

归档原始时序OD数据、板布局文件、动力学拟合脚本、LSC批量计算代码,保证全部实验流程与计算方法可完整复现。