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ARTP助力酵母油脂与萜类化合物合成代谢途径的解析

作者:清华研究院生物育种中心 发布时间:2017/11/01 浏览量:450
       本期向您推荐的是大连工业大学王际辉教授团队2017年发表在《大连工业大学学报》上“圆红冬孢酵母类胡萝卜素合成突变菌株的筛选”,内容简要如下:

       在代谢过程中,有优势分支途径和从属分支途径。研究表明,阻断从属分支途径,优势途径的末端产物含量也常无显著增加。反之,如果要增加从属分支途径产物的产率,则必须通过弱化优势分支途径来实现。在圆红冬孢酵母油脂与萜类化合物的合成中,乙酰辅酶A作为其共同前体和关键代谢节点,在限氮条件下,更多的流向油脂合成分支,只有少部分流向类胡萝卜素合成途径。产油酵母中油脂合成途径是否为乙酰辅酶A代谢节点处的优势分支途径,萜类合成途径是否为从属分支途径,因受限遗传操作,一直没有确切定论。

大连工业大学王际辉教授团队在进行圆红冬孢酵母代谢研究中,综合利用ARTP诱变和亚硝基胍(NTG)联合对菌株进行改造,筛选得到到圆红冬孢酵母颜色突变株XP-1、XO-3、XY-4和XR-2。分析突变菌株的油脂含量、脂肪酸成分和类胡萝卜含量,结果显示:XP-1、XO-3、XY-4个菌株的类胡萝卜素含量低于出发菌株NP11,类胡萝卜素的代谢途径受到一定破坏,但类胡萝卜素的降低并没有促进油脂合成的增加。XR-2菌株的油脂与出发菌株NP11相比含量下降(仅合成0.28g/g的油脂,为NP11的49%),类胡萝卜素含量相应升高,最高达到0.77μg/g(为NP11的1.97倍)。该研究结果表明,乙酰辅酶A是一个弱刚性节点,油脂合成途径为此节点的优势分支途径,其产物的减少可有效增加类胡萝卜素合成的增加;为红酵母的类胡萝卜素合成和萜类化合物生物合成代谢途径重构提供了理论支持,也为类似的代谢节点调控研究提供了重要参考价值。本研究也进一步证明了ARTP技术作为新型的育种技术手段,是微生物代谢工程研究的重要的平台工具。

精选内容如下:

  • ARTP、NTG复合诱变与优势菌株的筛选

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图3  NTG与ARTP诱变的变异菌株
Fig.3  Mutans of NTG and ARTP


  • 突变株发酵验证
表1 发酵后的残糖量、生物量、油脂含量和类胡萝卜素含量
Tab. 1  Contents of residual sugar,cell biomass,lipid and caroteniod measured after fermentation


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  • 突变株的分子研究


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图4  乙酰辅酶A相关代谢支点相关蛋白的表达调节
Fig.4  Expression of acetyl-CoA-associated proteins

表3  XP-1中反转录酶、转录因子与类胡萝卜素的途径
Tab.3  Reverse transcriptase,transcription fator and pathway of carotenoid in XP-1

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图5  XP-1突变的氨基酸
Fig.5  Mutant amino acid of XP-1