1. 研究目的与意义、国内外研究现状（文献综述）
本课题的意义双稳态现象指，在完全相同的外界条件下，系统能够稳定地存在两种截然不同的状态；当改变系统的控制参量时，系统的状态变量能够经历类似于磁滞回线变化。
双稳态开关赋予细胞随机切换表型状态以在群体中产生多样性的能力，而且双稳态开关也是更多复杂基因线路中的核心组分。
本项目的终极目标是人工构建双稳态及以上的复杂多稳态系统，基于合成生物学常用的正向工程理念，通常需要先设计一些简单的基因器件作为基础模块，再由简单到复杂地去搭建多稳态系统。
2. 研究的基本内容和问题
研究的目标本论文从转录调控线路的理性设计着手，基于工程学标准化和模块化思想，采用定量生物学的实验方法对细菌对双稳态基因线路进行可预测性设计。
研究内容受到 waddington landscape所启发，为了构建能够再现分化过程的多稳态系统，需要一开始就对基础的双稳态模块做一些定义和限制。
我们希望当没有外界信号的时候，细胞是未分化的，当存在外界信号的时候，系统随时间逐渐分化，最终走向不同的细胞命运。
3. 研究的方法与方案
研究方法：本课题设计了由一个转录激活蛋白和两个转录抑制蛋白构成的基因线路 ，我们希望当转录激活蛋白低表达的时候，所有的细胞都处于 off 状态，当转录激活蛋白高表达的时候，下游的互抑制开关被打开，细胞随机选择双稳态的一种状态。
可诱导双稳态开关（ inducible toggle switch, its）系统主要包含两层。
第一层中，我们用一个可诱导启动子 ptac 来控制转录激活蛋白的表达， 对于转录激活蛋白， 这里选择了在过去的研究中被多次使用的 t7 转录聚合酶（ t7 rna polymerase, t7 rnap），由于它的高表达会带来细胞毒性， 因此这里使用了中等强度的 rbs，并把整个模块整合到了大肠杆菌 top 10 菌株的基因组上，该菌株能够常表达 lac repressor(laci)。
4. 研究创新点
特色或创新之处1、模块化双稳态系统的设计与构建在之前的研究中，各种各样的双稳态开关已相继被人工合成。
然而他们大多和宿主共享转录系统，因此难以作为模块化的元件进一步用于复杂系统的设计。
在本研究中，基于正交化的转录激活子和转录抑制子构建了一种全新的可诱导双稳态开关，相较于之前文献中报道的双稳态系统，本研究中构建的基因线路在转录水平和宿主是正交的，可以较大程度上减小其和宿主直接的相互干扰。
5. 研究计划与进展
研究计划及预期进展阶段一：转录调控线路中的核心元件启动子元件开展模块化加工阶段二：定量模型对启动子核心区和合成操作子等元件所介导的转录激活与抑制过程进行实验表征和数据拟合， 抽出反映元件动力学内禀特征的模型参数，从而将生物学的转录调控元件抽象化为动力学的参数数据库。
阶段三：接下来，我们将元件的参数数据库代入无自由参数（ no-free-parameter） 的转录调控线路动力学模型中，对元件组装生成的转录调控线路的输入-输出曲线（即响应曲线）进行预测。
阶段四：验证和观测双稳态
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