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省微生物所揭示釀酒酵母類胡蘿卜素合成中的適應性進化策略和最新代謝工程改造靶點
時間:2021-07-16 瀏覽:
  胡蘿卜素是一大類自然界天然存在的有色物質,廣泛分布于植物、藻類、真菌和細菌中。其作為一種強效的抗氧化劑,廣泛應用于營養品、食品和化妝品等行業。當前,工業生產類胡蘿卜素主要是通過化學合成或者天然提取,但由于其復雜的結構導致其化學合成困難;原料供應不穩定、得率低等導致天然提取成本較高。釀酒酵母本身并不能合成類胡蘿卜素,但利用重組釀酒酵母進行類胡蘿卜素合成已有大量研究。在已有研究中,大部分集中在基于已有文獻報道進行不斷優化,報道新改造靶點并不多見。受限于我們對微生物細胞系統復雜性的了解,新靶點的發現還是相當困難。而適應性進化為新靶點的發現提供了一個有效手段,但適應性進化的成敗關鍵在于定向選擇和高通量篩選。
   近日,廣東省科學院微生物研究所朱紅惠研究員團隊在《生物資源與生物加工》(Bioresources and Bioprocessing)上發表了題為《乙醇脅迫介導適應性進化提高釀酒酵母類胡蘿卜素合成能力》(Identification of a novel metabolic engineering target for carotenoid production in Saccharomyces cerevisiae via ethanol-induced adaptive laboratory evolution)的研究性論文。該研究基于已知釀酒酵母乙醇耐受性機理(與細胞膜有關)及類胡蘿卜素儲存于細胞膜的特性,推測在提高釀酒酵母乙醇耐受性過程中,細胞膜可能會產生變化,當細胞膜的改變與類胡蘿卜素儲存達到一個契合點時,就會促進類胡蘿卜素的合成。因此,在釀酒酵母細胞內構建了一套乙醇脅迫介導的實驗室適應性進化(圖1),并成功應用于類胡蘿卜素的生物合成,獲得了一株含量提高5.1倍的突變株M3。借助基因組和轉錄組學,成功鑒定出PFK1失活突變是變異菌株類胡蘿卜素合成能力提高的主要原因。此研究成果為利用合適的脅迫壓力進行適應性進化,篩選獲得有益突變并揭示變異的分子機制提供了一個典型案例。
         
 
                                        圖1 乙醇脅迫介導適應性進化示意圖
      
                                圖2 M3菌株類胡蘿卜素合成能力及生長性能
         
                               圖3 逆向代謝工程確定突變位點
            
                                 圖4 轉錄組分析
  廣東省科學院微生物研究所的蘇卜利博士為本研究的第一作者,朱紅惠研究員和鄧名榮副研究員為共同通訊作者。本研究得到廣東省重點領域研發計劃項目和廣東省科技計劃項目的資助。
  原文鏈接:https://bioresourcesbioprocessing.springeropen.com/articles/10.1186/s40643-021-00402-5
 
 
 
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