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丹麦科学家通过调控转录因子GntR1和RamA提高谷氨酸棒杆菌的生长和中心碳代谢

日期:2019-01-20 16:27:30 来源: 科技部 点击:

适应性进化技术是目前备受瞩目的菌种改良技术,该技术能够有效的增强菌株的某种表型或者生理性状,并且该育种技术会保留菌株原有的优良性状,不会出现基因工程育种技术造成的生长限制。

为了探究控制谷氨酸棒杆菌的生长和碳水化合物代谢的关键调控因子,研究人员在葡萄糖的基础培养基中对野生型的谷氨酸棒杆菌(C. glutamicum ATCC 13032)进行了长达1500代的适应性进化。在驯化菌株中分离获得了一株优良菌株G15H,该菌株的生长速率比野生型菌株提高了42%,是迄今为止报道的最高水平(0.62 h-1)。

为了考察G15H菌株与野生型菌株在基因水平上的表达差异,研究者对其进行了全基因组测序。结果表明在不同时期的驯化菌株中,多个基因发生了变化。其中,在转录因子GntR1表达中,70位的赖氨酸替换成了谷氨酸。在转录因子RamA表达中色氨酸替换了52位的丙氨酸。为了考察关键基因的变化对谷氨酸棒杆菌的影响,研究者将这种关键突变人为的移植到野生型菌株中,结果只有ramA的突变株产生变化,在生长速率上提高了20%。在敲除GGPS的基础下,ramA突变株和gntR1突变株的生长都得到了明显的改善,并且这两个效果是相加的。因此研究者同时敲入这两个突变基因,结果发现获得的菌株DKI的生长速率达到了驯化菌株的水平(0.62 h-1)。

但是进一步研究发现,谷氨酸棒杆菌的生长改善并不是因为ramA和gntR1基因的失活导致的。为了考察这个现象,研究者从整个中心碳代谢上寻找关键信息,结果发现驯化菌株G15H和DKI菌株的磷酸戊糖代谢途径的基因都被明显上调,其中编码葡萄糖酸通透酶(gntP)及葡萄糖酸激酶(gntK)的基因被分别上调了9倍和20倍。此外,发现G15H和DKI菌株的ATP/ADP的比值比野生菌株提高了25%。

有趣的是,获得的菌株G15H和DKI不仅在葡萄糖培养基中具有高是生长速率,在果糖,木糖和蔗糖中也表现了较好的生长性能。并且该菌株还可以改善静息细胞在厌氧条件下是生长性能,糖耗速率能达到30%。该成果近期发表在杂志《Metabolic Engineering》上。



(责任编辑:sgx)

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