辅助能量物质强化环磷酸腺苷发酵合成机制 *

微生物代谢过程中,环磷酸腺苷(cAMP)由ATP直接环化形成,强化ATP合成有利于产物的积累。在分批发酵24h添加3g/L-broth丙酮酸钠(辅助能量物质),cAMP浓度达到4.13g/L,比对照批次提高了24.4%,发酵性能得到明显改善。对关键酶活性及能量代谢水平的测定结果表明,由于丙酮酸钠的添加,丙酮酸激酶的活性显著下降,而6-磷酸葡萄糖脱氢酶、琥珀腺苷酸合成酶和腺苷酸环化酶等产物合成途径中酶的活性均明显提高;异柠檬酸脱氢酶、琥珀酸脱氢酶和呼吸链脱氢酶等酶活性,以及辅因子NADH/NAD ⁺、ATP/AMP均明显提高。表明添加丙酮酸钠改变了糖酵解和磷酸戊糖途径间的碳流分配,使更多碳流向产物合成途径,同时提高了整体能量代谢水平,更利于ATP的生成,为产物的合成提供了物质和能量基础,进而促进了cAMP的合成与积累。     

辅助能量物质强化环磷酸腺苷发酵合成机制

微生物代谢过程中,环磷酸腺苷(cAMP)由ATP直接环化形成,强化ATP合成有利于产物的积累。在分批发酵24h添加3g/L-broth丙酮酸钠(辅助能量物质),cAMP浓度达到4. 13g/L,比对照批次提高了24. 4%,发酵性能得到明显改善。对关键酶活性及能量代谢水平的测定结果表明,由于丙酮酸钠的添加,丙酮酸激酶的活性显著下降,而6-磷酸葡萄糖脱氢酶、琥珀腺苷酸合成酶和腺苷酸环化酶等产物合成途径中酶的活性均明显提高;异柠檬酸脱氢酶、琥珀酸脱氢酶和呼吸链脱氢酶等酶活性,以及辅因子NADH/NAD+、ATP/AMP均明显提高。表明添加丙酮酸钠改变了糖酵解和磷酸戊糖途径间的碳流分配,使更多碳流向产物合成途径,同时提高了整体能量代谢水平,更利于ATP的生成,为产物的合成提供了物质和能量基础,进而促进了cAMP的合成与积累。     

低聚磷酸盐与次黄嘌呤偶合添加提高环磷酸腺苷发酵性能

环磷酸腺苷(cAMP)在微生物细胞内由ATP直接环化形成,而ATP的合成需要能量与前体的持续供应。通过添加次黄嘌呤激活补救途径,促进了cAMP的合成,与对照批次相比生产效率提高了39. 1%,但发酵进行至51h产物不再生成,而且产量未能得到提高。偶合添加次黄嘌呤和2g/L-broth六聚偏磷酸钠发酵批次的cAMP产量达到7. 24g/L,比单独添加次黄嘌呤和六聚偏磷酸钠的批次产量分别提高了125. 5%和93. 5%,生产效率也显著提高,达到了0. 101g/(L·h)。六聚偏磷酸钠和次黄嘌呤偶合添加工艺将低聚磷酸盐和补救途径的优势相结合,有效促进了cAMP合成与积累。     

氨茶碱与柠檬酸盐协同作用促进环磷酸腺苷发酵生产

目的:探究通过抑制磷酸二酯酶活性促进cAMP发酵合成的工艺方法.方法:在7 L发酵罐上进行添加氨茶碱的发酵实验,通过对发酵主要参数、关键酶活性、能量代谢水平等进行分析,针对性提出了氨茶碱与柠檬酸盐协同作用促进cAMP合成的发酵工艺.结果:与对照相比,添加5 mg/L氨茶碱批次的cAMP产量提高25.9％,副产物腺苷浓度...     

过量表达烟酸转磷酸核糖激酶对大肠杆菌NZN111产丁二酸的影响

大肠杆菌NZN111厌氧发酵的主要产物为丁二酸,是发酵生产丁二酸的潜力菌株。但是由于敲除了乳酸脱氢酶的编码基因 (ldhA) 和丙酮酸甲酸裂解酶的编码基因 (pflB),导致辅酶NADH/NAD+不平衡,厌氧条件下不能利用葡萄糖生长代谢。构建烟酸转磷酸核糖激酶的重组菌Escherichia coli NZN111/pTrc99a-pncB,在厌氧摇瓶发酵过程中通过添加0.5 mmol/L的烟酸、0.3 mmol/L的IPTG诱导后重组菌的烟酸转磷酸核糖激酶 (Nicotinic acid phosphor     

硫胺素对Arthrobacter sp.A302环磷酸腺苷发酵的影响

研究在培养基中加入硫胺素（V B1）对cAMP发酵的影响。结果表明：V B1的最适添加量为0.5 g/L,与对照组相比,环磷酸腺苷（cAMP）产量和细胞干质量分别提高了36.4%和41.8%,达到7.5和7.8 g/L。琥珀酸和α-酮戊二酸的含量有明显的提高,平均提高了43.59%和40.77%;同时,主要副产物乙酸的含量没有明显变化。在发酵过程中,V B1的加入对ATP的含量及与cAMP合成密切相关的几种酶的活性也有显著的影响。     

枯草芽孢杆菌嘌呤合成途径的修饰对腺苷积累的影响

【目的】研究嘌呤操纵子中purF、purM、purN、purH和purD基因的共同过表达对枯草芽孢杆菌发酵生产腺苷的影响。【方法】利用温敏质粒pKS1,以单交换的形式增加了purF基因在基因组上的拷贝数,同时将强启动子P43插入嘌呤操纵子中,使嘌呤合成途径中purF基因及其下游purM、purN、purH和purD基因的表达水平得到加强,通过实时定量PCR(Realtime Quantitative PCR,RT-qPCR)测定相关基因(purF、purM、purN、purH和purD)的转录水平;通过酶活性检测分析关键酶基因扩增对PRPP转酰胺酶活性的影响;通过发酵实验考察出发菌株与工程菌株的生长、耗糖和腺苷积累情况。【结果】实时定量PCR结果表明,purF、purM、purN、purH和purD基因的表达水平均有不同程度的提高,嘌呤合成途径中关键酶PRPP转酰胺酶的活性是出发菌株的2.4倍。摇瓶发酵实验发现工程菌腺苷产量较出发菌提高17.5%,糖苷转化率增加26.1%。5 L罐发酵实验表明,虽然工程菌的菌体生长受到一定的影响,但在相同发酵周期内腺苷产量比出发菌提高了9.7%。【结论】嘌呤操纵子中purF、purM、purN、purH和purD基因转录水平的增强能够提高腺苷的产量,为通过代谢工程技术改造腺苷生产菌提供了理论依据和研究思路。     

产虫草素酿酒酵母工程菌株的构建与发酵优化

虫草素作为药用真菌蛹虫草的主要活性成分,具有抗肿瘤、抗病毒等多种生理功能。现阶段虫草素主要通过蛹虫草液体发酵生产,但发酵周期长、生产强度低,制约了其大规模开发利用。文中在酿酒酵母Saccharomyces cerevisiae S288C中异源表达虫草素合成关键基因ScCNS1和ScCNS2,成功构建了产虫草素的酵母工程菌SHC16,发酵240 h虫草素产量可达67.32 mg/L;基因表达分析显示,发酵后期磷酸戊糖途径、嘌呤代谢及虫草素合成途径关键酶编码基因ZWF1、PRS4、ADE4、ScCNS1及ScCNS2表达水平显著上调。进一步地,通过优化发酵培养基组成,确定以50 g/L葡萄糖为初始底物结合一次补料、添加5 mmol/L Cu2+和1.0 g/L腺嘌呤为最适培养基组成。基于此在5 L搅拌发酵罐中开展补料分批发酵,144 h虫草素产量达到137.27 mg/L,生产强度达0.95 mg/(L·h),较未优化发酵体系提高240%。     

代谢工程改造大肠杆菌合成丁二酸及发酵罐放大工艺

【背景】Escherichia coli AFP111发酵生产丁二酸时大量副产乙酸,丁二酸得率低。【目的】代谢工程改造EscherichiacoliAFP111,提高丁二酸得率,降低副产物乙酸的生成,建立100 L规模的丁二酸发酵工艺。【方法】一步同源重组敲除乙酸合成途径关键酶基因,改造丁二酸合成途径关键酶启动子实现过表达;单因素优化5L发酵罐培养条件。【结果】敲除乙酸产生途径编码乙酸激酶和磷酸转乙酰酶的基因ackA-pta、苏氨酸脱羧酶和2-酮丁酸甲酸裂解酶的基因tdcDE获得SX02菌株,摇瓶发酵条件下其乙酸产量下降了53.42%,丁二酸得率提高9.85%。在SX02菌株基础上,经启动子改造过表达编码葡萄糖激酶的基因glk后获得菌株SX03,其Glk酶活性提高3.66倍,乙酸产量下降了31.62%,丁二酸得率提高8.28%。SX03菌株发酵生产丁二酸在5 L发酵罐进行放大,其乙酸产量为3.97 g/L,丁二酸得率为1.62 mol/mol葡萄糖,相比出发菌株的乙酸产量下降了75.76%,丁二酸得率提高19.12%。在5L发酵罐上对比研究了中和剂Na2CO3和NaOH混合液替换碱式MgCO3的发酵效果,并优化了发酵pH、搅拌转速和葡萄糖浓度,获得如下最适发酵条件:pH6.8,搅拌转速250r/min,葡萄糖100g/L,发酵结束时乙酸产量为2.24 g/L,丁二酸得率为1.66 mol/mol葡萄糖。中和剂替换优化后乙酸产量下降了20.65%,丁二酸得率提高2.47%。菌株SX03发酵工艺进一步在100 L发酵罐上实现放大,其乙酸产量为1.91 g/L,丁二酸得率为1.30 mol/mol葡萄糖。【结论】通过代谢工程改造的大肠杆菌,其副产物乙酸含量显著下降,丁二酸得率提高,并在5 L和100 L发酵罐上实现了工艺放大,展现出较大的工业化利用潜力。     

胞外三磷酸腺苷对铅胁迫下植物细胞损伤和过氧化氢及其清除酶水平的调节

细胞外三磷酸腺苷（extracellular adenosine-5'-triphosphate）是植物细胞的重要信号分子。以烟草悬浮细胞BY-2（Nicotiana tabacum L.cv.Bright Yellow-2）为材料,探讨了胞外三磷酸腺苷对铅胁迫下细胞损伤、H₂O₂（过氧化氢）含量及H₂O₂清除酶活性的影响。结果显示,随着Pb（NO₃）₂浓度的不断提高（30~400 μmol·L^-1）,细胞外三磷酸腺苷含量呈现出逐渐下降的趋势,但胞内三磷酸腺苷含量及细胞的受损伤程度逐渐增大;同时,H₂O₂含量和过氧化氢酶的活性均有所上升,并在200 μmol·L^-1 Pb（NO₃）₂处理下达到最大值,而过氧化物酶的活性则不断降低。较之Pb（NO₃）₂胁迫下的细胞,对Pb（NO₃）₂胁迫的细胞加入外源三磷酸腺苷使得细胞受损伤程度显著降低,H₂O₂含量减少,过氧化氢酶活性减弱,而过氧化物酶活性增强。实验结果表明,Pb（NO₃）₂胁迫诱导的植物细胞损伤和H₂O₂及其清除酶水平的变化能受到细胞外三磷酸腺苷水平的调节。     

氮添加对樟子松人工林土壤细菌磷酸酶编码基因丰度的影响

为研究氮添加影响森林土壤有机磷矿化的微生物调控机制,分析了10年的野外氮添加(100 kg N ha^-2year^-1)对沙地樟子松人工林土壤微生物中编码酸性磷酸单酯酶、碱性磷酸单酯酶和植酸酶的功能基因(phoC、phoD和appA)丰度及相关酶活性和土壤理化性质的影响。结果表明,氮添加使樟子松人工林土壤中酸性和碱性磷酸单酯酶活性分别下降了18.09%和55.29%,植酸酶活性下降了41.88%。氮添加使土壤微生物中各基因拷贝数分别下降40.97%(16S-rRNA)、78.38%(phoD)、67.92%(phoC)、74.37%(appA)。各基因拷贝数占总细菌基因拷贝数的比例显著下降了61%(phoD)、44%(phoC)、55%(appA)。土壤微生物量碳、微生物量磷含量与酸性磷酸单脂酶、碱性磷酸单脂酶、植酸酶活性及16S rRNA、phoD、phoC、appA基因丰度显著正相关。土壤铵态氮含量与酸性磷酸单脂酶、碱性磷酸单脂酶活性及16S rRNA、phoC、appA基因丰度显著负相关。酸性磷酸单酯酶活性与其基因丰度显著正相关,其他两种...     

Pfk基因过表达对乳酸乳球菌N8产nisin速率的影响

【目的】通过基因工程手段增加糖酵解途径中编码限速酶6-磷酸果糖激酶基因Pfk在乳酸链球菌素(nisin)产生菌Lactococcus lactis N8中的表达,增快nisin的产生,从而提高单位时间内nisin的产量,缩短发酵周期。【方法】将pfk基因及编码以c AMP为依赖的蛋白激酶催化亚基基因pka C克隆到表达质粒p MG36e上,将共表达重组质粒转入L.lactis N8中,使Pfk-pka C基因过量表达,得到重组菌株L.lactis N8-p MG36epfk-pka C,并比较该重组菌株与野生菌的生长曲线、胞内6-磷酸果糖激酶活性、发酵上清液的抑菌活性及效价,并从转录水平分析两株菌nis A及pfk-pka C的转录差异,比较野生菌与重组菌在不同葡萄糖含量下培养产nisin的变化。【结果】Pfk基因与pka C基因的过表达对重组菌的生长速度没有明显的影响,却能提高重组菌产nisin的速度,在发酵10 h时nisin的产量比野生菌提高了20%,使得发酵周期缩短近2 h。野生菌及重组菌在不同葡萄糖含量下培养发酵上清液的nisin效价没有明显的变化。【结论】糖酵解途径中6-磷酸果糖激酶基因Pfk的过表达可以加快乳酸乳球菌N8产nisin的速率,缩短发酵周期。     

地衣芽胞杆菌乙醛酸循环对聚谷氨酸合成的影响北大核心

[目的]了解乙醛酸循环在地衣芽胞杆菌WX-02生物合成聚谷氨酸中作用,为聚谷氨酸生产提供新的解决方法。[方法]采用基因工程手段,以地衣芽胞杆菌WX-02为原始菌株,分别增强表达和敲除异柠檬酸裂解酶ace A基因,检测发酵过程中聚谷氨酸产量、生物量、胞内外代谢物和相关基因转录量。[结果]增强表达异柠檬酸裂解酶ace A基因后,胞内谷氨酸浓度显著升高(483.42 ng/m L/Log(CFU)),溢流代谢产物减少(乙酸5.41 g/L、乙偶姻5.82 g/L、2,3-丁二醇7.31 g/L),聚谷氨酸生物合成产量为11.74 g/L,相比原始菌株提高15%。谷氨酸脱氢酶roc G基因、谷氨酸消旋酶glr基因和聚谷氨酸合成酶复合体中pgs B基因转录水平相对原始菌株分别提高1.61倍、1.32倍和1.24倍。[结论]增强乙醛酸循环可以降低地衣芽胞杆菌WX-02乙酸等溢流代谢产物合成,提高胞内谷氨酸合成能力,并上调聚谷氨酸合成酶基因转录水平,最终提高聚谷氨酸生物合成产量。     

CYP19基因表达与芳香化酶活性调控因子的研究进展

芳香化酶是雌激素合成中的关键酶,催化睾酮和雄烯二酮转化为雌激素。本文在对芳香化酶的蛋白结构、基因特征和分布进行阐述的基础上,重点对编码该蛋白的CYP19基因的调控因子以及芳香化酶活性的调节进行探讨。CYP19基因的调控因子包括cAMP反应元件(CRE)、类固醇生成因子1/肾上腺4结合蛋白(SF-1/Ad4BP)、雌激素受体(ER)等顺式作用因子和TATA结合蛋白(TBP)、生长因子等反式作用因子。主要通过cAMP依赖性蛋白激酶信号通路在转录水平对其进行调节。而芳香化酶表达及其酶活性的调控因子主要集中于性类固醇激素和促性腺激素,此外还受到温度等外部因子等因素的调节。芳香化酶的调节对维持雌雄激素间作用的平衡、保证机体的正常生理功能具有重要意义。     

正十六烷对节杆菌发酵产环磷酸腺苷的影响

溶氧在节杆菌发酵产环磷酸腺苷(c AMP)过程中起着重要作用。本研究中,笔者首先对4种氧载体(正癸烷、正十二烷、正十四烷和正十六烷)的最佳添加浓度和添加时间进行筛选。结果表明:在0 h添加2%(体积分数)正十六烷促进c AMP生产效果最佳。在5 L发酵罐中添加2%(体积分数)正十六烷后,细胞干质量(DCW)和c AMP产量分别达到10. 85 g/L和8. 87 g/L,比对照分别提高了19. 4%和23. 2%。氧载体的加入提高了发酵液中的氧传递系数(K_La),降低了胞内NADH/NAD~+比率以及胞内三磷酸腺苷(ATP)水平,而对关键酶的酶活影响不显著。     

地衣芽胞杆菌乙醛酸循环对聚谷氨酸合成的影响

[目的]了解乙醛酸循环在地衣芽胞杆菌WX-02生物合成聚谷氨酸中作用,为聚谷氨酸生产提供新的解决方法。[方法]采用基因工程手段,以地衣芽胞杆菌WX-02为原始菌株,分别增强表达和敲除异柠檬酸裂解酶ace A基因,检测发酵过程中聚谷氨酸产量、生物量、胞内外代谢物和相关基因转录量。[结果]增强表达异柠檬酸裂解酶ace A基因后,胞内谷氨酸浓度显著升高(483.42 ng/m L/Log(CFU)),溢流代谢产物减少(乙酸5.41 g/L、乙偶姻5.82 g/L、2,3-丁二醇7.31 g/L),聚谷氨酸生物合成产量为11.74 g/L,相比原始菌株提高15%。谷氨酸脱氢酶roc G基因、谷氨酸消旋酶glr基因和聚谷氨酸合成酶复合体中pgs B基因转录水平相对原始菌株分别提高1.61倍、1.32倍和1.24倍。[结论]增强乙醛酸循环可以降低地衣芽胞杆菌WX-02乙酸等溢流代谢产物合成,提高胞内谷氨酸合成能力,并上调聚谷氨酸合成酶基因转录水平,最终提高聚谷氨酸生物合成产量。     

外源茉莉酸甲酯诱导大麦对叶斑病抗性的研究

[目的]初步探讨不同浓度外源茉莉酸甲酯（MeJA）诱导大麦抗叶斑病效应差异及其分子机制,为应用MeJA防治大麦叶斑病提供理论依据。[方法]以‘蒙啤麦3号’大麦品种幼苗为材料,设置不接菌（无菌水处理叶片）、接菌（无菌水处理叶片接种麦根平脐蠕孢菌）和接菌+MeJA（0.5、1.0、1.5、2.0、2.5 mmol/L MeJA喷施叶片后接菌）3组处理,于三叶期调查叶斑病发病情况并据此筛选最适MeJA浓度,然后测定不接菌、接菌及接菌++ MeJA（最适浓度）处理不同处理时间叶片的抗氧化酶、抗病相关酶活性、丙二醛、渗透调节物质含量以及相关基因表达水平。[[结果]]：（1）叶面喷施外源MeJA提高了大麦对叶斑病的抗性,1.5 mmol/L MeJA处理叶片的病情指数较对照显著降低19.03%,诱导抗性效果最佳;（2）与单独接菌处理相比,1.5 mmol/L MeJA处理大麦叶片超氧化物歧化酶、过氧化物酶、过氧化氢酶、几丁质酶和β-,1,3-葡聚糖酶活性均显著提高,而其丙二醛、脯氨酸、可溶性糖和可溶性蛋白含量显著降低,同时其受MeJA调控转录因子及编码抗病相关酶的基因表达量显著上调。[结论]外源喷施1.5 mmol/L MeJA通过调节抗病相关酶活性和渗透调节物质含量,以及调控抗病相关酶基因及茉莉酸信号途径关键转录因子基因表达,进而提高大麦植株的叶斑病抗病性。     

硫酸锌添加对酿酒酵母乙酸胁迫条件下全局基因转录的影响

【目的】利用转录组测序研究硫酸锌添加提高絮凝酿酒酵母SPSC01乙酸胁迫耐性的分子机理。【方法】在10.0 g/L乙酸胁迫条件下,添加0.03 g/L硫酸锌,取对数期酿酒酵母细胞,与不添加硫酸锌的对照组细胞进行比较转录组分析。【结果】添加硫酸锌的实验组与对照组相比较,50个基因转录水平上调,162个基因转录水平下调,这些转录水平变化明显的基因涉及糖代谢、甲硫氨酸合成、维生素合成等多条代谢途径,此外,转录水平变化的基因还包括抗氧化酶基因等关键胁迫响应基因。【结论】硫酸锌添加可改变酿酒酵母全局基因转录水平,提高抗氧化酶及其他胁迫耐性相关基因的表达,影响细胞氧化还原平衡和能量代谢,通过对多基因转录的调控提高酿酒酵母乙酸耐受性。     

转录水平分析转速对克拉维酸发酵产量的影响机制

搅拌转速影响克拉维酸发酵水平,旨在研究搅拌转速影响棒状链霉菌F613-1克拉维酸(CA)生物合成的分子机制。采用转录组高通量测序,对比不同转速发酵条件之间的基因转录水平差异,分析克拉维酸代谢途径相关基因的转录水平变化。摇瓶发酵结果显示,高转速条件下F613-1的CA产量比低转速条件显著提高,发酵周期缩短。转录组分析显示,高转速条件下F613-1中CA合成基因簇中基因表达量无显著变化,但CA合成前体物质精氨酸和3-磷酸甘油醛代谢相关基因的转录水平发生显著变化,精氨酸合成基因簇中基因表达量明显升高,甘油代谢转化为3-磷酸甘油醛的基因表达量显著提高。因此,棒状链霉菌在高转速发酵条件下CA合成速度增加的主要原因是CA合成前体物质精氨酸和3-磷酸甘油醛的代谢活性增强和前体物质积累。     

硝普钠对香菇多糖代谢及关键酶基因表达的影响

香菇多糖是香菇中特有的生物活性成分。硝普钠在调控食用菌生长方面具有重要影响,但其对香菇生长及多糖合成的影响尚不清楚。本文以香菇新808为研究材料,通过添加不同浓度硝普钠作为外源一氧化氮对新808菌丝的生物量、生长速率、香菇多糖含量、香菇多糖代谢关键酶活性及其表达调控基因相对表达量进行综合研究。结果表明：硝普钠浓度为100 μmol/L可显著提高香菇菌丝生物量,与对照组相比增加了1.61倍;生长速率与对照组无显著差异;香菇菌丝的香菇多糖含量显著提高,为对照组的3.71倍;漆酶、锰过氧化物酶和木质素过氧化物酶活性显著提高,分别为对照组的1.73倍、2.23倍和1.55倍;与多糖合成有关的辅助模块酶基因LENED_010207、碳水化合物结合模块基因LENED_012941和多糖裂解酶基因LENED_004566基因相对表达量有所上调,其中LENED_010207基因上调最明显,而多糖合成关键酶基因UDP-葡萄糖焦磷酸化酶基因(UGP)、葡萄糖磷酸变位酶基因(PGM)与葡萄糖磷酸异构酶基因(PGI)相对表达量均显著下调。在100 μmol/L浓度硝普钠处理下,香菇生物量、多糖含量、多糖代谢关键酶活性及部分多糖合成关键酶的基因相对表达量均显著高于对照组,表明添加适宜浓度的硝普纳能有效地促进香菇多糖的合成,提高香菇多糖的含量。本文为进一步探索香菇多糖的代谢通路提供了理论依据,为选育高多糖含量的香菇新品种提供了新思路,对改进香菇栽培技术有一定的参考意义。