微生物代谢研究为认识生命活动及其与环境互作的基本规律，即分子生理规律奠定了基础。在"组学"数据基础上发展起来的系统生物学和合成生物学理念，为深入认识微生物代谢生理调控的分子机理，进而改造（或创建）微生物代谢途径，有效解决社会需求相关的科学技术问题，提供了崭新的思路。微生物代谢生理及其调控的核心科学问题是代谢为适应环境和细胞生长发育所采用的信号转导及相关的转录与转录后修饰机理。群体将"组学"数据挖掘分析和基因组/基因合成相结合，在功能基因组和代谢网络解析，蛋白质结构、修饰与功能研究以及遗传操作与合成生物学技术等方向上协同努力，研究微生物初级代谢和次生代谢模块磨合的生理生化机理，代谢调控从信号转导到转录及转录后修饰的分子生物学机理，代谢与生理功能模块适配及网络构建系统合成生物学机理。揭示微生物代谢生理适应不同环境条件的定量调控规律，攻克关键技术难点，并建立研发工程平台。

微生物代谢生理及其调控的核心科学问题，是微生物为了适应环境变化和细胞生长发育所采取的特定代谢模式以及在转录、翻译及翻译后修饰等水平的控制机理。在本项目的资助下，群体成员整合各自研究优势及技术特色, 在合成生物学使能技术创新及系统生物学检测平台建设上实现突破；在基因组和功能基因组信息基础上，深入解析放线菌、梭菌和蓝细菌的多个代谢途径及调控网络,协作完成从原核微生物到酵母的底盘细胞改造以及高效细胞工厂构建，推动了微生物细胞生物生理学研究，并实现了多种重要代谢产物的高效合成。群体特别重视系统合成生物学技术创新与基础技术平台的建设。六年来，共发展了至少13种DNA拼接及微生物基因组编辑相关的使能技术，为相关研究的深入、底盘细胞构建和代谢途径的改造提供支撑，并在一定程度上推动了合成生物学领域的发展。建立的基因组、代谢组、代谢流量组检测与分析平台以及代谢调控网络解析的生物信息学平台在群体研究中发挥了重要作用，支撑了对以"硝酸盐效应"为主要代表的微生物初级和次级代谢的调控机理及两者协同调控的网络途径解析。采用系统合成生物学研究策略，群体研究证明，硝酸盐通过影响初级代谢以增加前体供给的同时，还从转录水平上提高利福霉素等次级代谢产物的合成能力，最终提高产量，据此提出"硝酸盐效应"的分子机制模型。群体研究了氮代谢、氮/碳代谢、渗透压代谢和次级代谢等途径的调控，解析了以GlnR、CcpA、NrrA等为代表的核心调控蛋白的代谢调控网络。综合使能技术和代谢途径解析的优势，群体开发了迄今为止基因组最小的大肠杆菌、删除了大部分次级代谢途径的天蓝色链霉菌和染色体全整合的酿酒酵母等模式微生物的底盘细胞。这些底盘细胞的成功开发，为群体深入研究微生物细胞生物学科学问题，提升微生物细胞工厂的模块化设计构建、高效检测及与新型代谢通路的精准适配打下基础。