代谢工程改造酿酒酵母提高法尼醇产量

【目的】法尼醇(FOH,C_(15)H_(26)O)是一种具有芳香气味的非环状倍半萜醇,被广泛应用于化妆品和医学药物的工业化生产,也可作为航空燃料的理想替代品。具有食品级安全性的酿酒酵母细胞能够合成内源性法尼醇,但其产量很低,无法满足工业生产的需要。因此,需要采用代谢工程手段,改造法尼醇合成途径,以有效提高法尼醇在酿酒酵母中的产量。【方法】以酿酒酵母工业菌株CEN.PK2-1D为底盘细胞,强化甲羟戊酸途径中关键酶的表达水平和弱化麦角固醇合成分支途径,以提高法尼醇合成所需的直接前体物质法尼基焦磷酸(FPP);并分别表达催化FPP合成法尼醇的五种内源磷酸酶和两种异源合酶,筛选能高效合成法尼醇的磷酸酶或合酶。【结果】通过在CEN.PK2-1D(法尼醇产量0.1mg/L)中强化表达甲羟戊酸途径中截短形式的HMG-CoA还原酶(tHMGR1)和FPP合酶(ERG20),使法尼醇产量提高约50.8倍,达到5.08 mg/L;使用HXT1启动子替换鲨烯合酶编码基因ERG9启动子以下调其表达水平,使法尼醇产量进一步提升47.1倍,达到239.17 mg/L。在此基础上,筛选发现,表达酿酒酵母内源性磷酸酶PAH1时,获得最高产量法尼醇,达到393.13 mg/L。【结论】采用代谢工程策略对酿酒酵母法尼醇合成途径进行改造,有效提高法尼醇产量至393.13 mg/L,为目前报道的在酿酒酵母中摇瓶培养条件下的最高产量。     

单基因遗传疾病致病基因研究获新进展

2012年9月16日,由安徽医科大学和深圳华大基因研究院领导的一个中国研究小组发现的关于甲羟戊酸激酶（MVK）突变与播散性浅表性光线性汗孔角化症（disseminated superficial actinic porokeratosis, DSAP）关联的强有力的遗传证据被报道。这是朝着揭示DSAP遗传发病机制迈出的重要一步,为深入的分子诊断和治疗提供了具有启发性的认识。     

靶向甲羟戊酸途径抗血液肿瘤的研究进展

甲羟戊酸(mevalonate, MVA)途径是胆固醇合成的核心代谢通路,该途径异常参与多种肿瘤发生发展。羟甲基戊二酰辅酶A还原酶(3-hydroxy-3-methylglutaryl-CoA reductase, HMGCR)、羟甲基戊二酰辅酶A合酶1 (3-hydroxy-3-methylglutaryl-CoA synthase 1, HMGCS1)及固醇调节元件结合蛋白2 (sterol regulatory element binding protein 2, SREBP2)是MVA途径关键限速蛋白,能够在基因转录、蛋白质翻译和降解等过程中被精细调控。本文围绕MVA途径调控网络关键代谢酶、其与血液肿瘤的关系以及相关调节剂在血液肿瘤中的应用进行综述。     

茶树甲羟戊酸焦磷酸脱羧酶基因CsMVD的克隆与表达分析

该研究在茶树转录组测序的基础上,以茶树品种‘福鼎大白茶’的芽叶为供试材料,采用RT-PCR技术,克隆茶树萜类化合物合成途径中的限速酶——甲羟戊酸焦磷酸脱羧酶全长cDNA序列,命名为CsMVD(GenBank登录号为MF772780);该基因全长1 585bp,其ORF为1 266bp,编码421个氨基酸,蛋白质分子量46.45kD,理论等电点7.10。CsMVD蛋白可能定位于细胞质中,具有MVD1superfamily的保守结构域,不存在跨膜结构和信号肽,具有多个磷酸化位点,部分保守的氨基酸残基决定了蛋白的催化反应特异性和活性。系统进化分析表明,CsMVD与新疆紫草(Arnebia euchroma)MVD的亲缘关系最近。荧光定量PCR结果显示,CsMVD在茶树不同组织中均有表达,果实中CsMVD的表达量最高,表达水平表现为:果实茎根叶花;在白茶萎凋过程中,CsMVD基因的表达量在48h结束阶段显著高于0h,推测该基因与茶叶萜类香气化合物形成有关。     

类异戊二烯非甲羟戊酸代谢途径的分子生物学研究进展

近期发现的类异戊二烯非甲羟戊酸代谢途径是类异戊二烯化合物生成合成的另一途径。文章对该代谢途径的分子生物学研究进展进行了综述。重点介绍非甲羟戊酸代谢途径的发现和5－磷酸脱氧木糖合成酶、5－磷酸脱氧木糖还原异构醇、异戊二烯焦磷酸合成酶的分子克隆的最新进展以及非甲羟戊酸代谢途径的发现在农业和医药等领域的应用。     

突变型p53与甲羟戊酸途径之间的调控机制

在肿瘤的发生发展过程中通常伴随肿瘤细胞代谢的重编程,以满足其对肿瘤微环境的适应及能量的获取.脂质代谢异常目前已成为肿瘤细胞代谢重编程的主要标志之一,而甲羟戊酸途径(mevalonate pathway, MVA)作为脂质代谢中重要的胆固醇生物合成途径,在肿瘤细胞中呈异常活跃状态.肿瘤细胞中突变型p53(mutant p...     

在大肠杆菌内引入甲羟戊酸途径高效合成抗疟药青蒿素前体——紫穗槐-4,11-二烯

以青蒿素为基础的联合药物疗法 (ACTs) 被认为是目前治疗恶性疟疾的最有效方法。然而青蒿素供应不足且价格昂贵,限制了ACTs的广泛使用。采用基因工程手段构建异源类异戊二烯生物合成途径,利用大肠杆菌发酵能高效合成抗疟药青蒿素前体——紫穗槐-4,11-二烯。首先在大肠杆菌Escherichia coli DHGT7中引入人工合成的紫穗槐-4,11-二烯合酶基因,利用大肠杆菌内源的法尼基焦磷酸,成功获得了紫穗槐-4,11-二烯。为提高前体供给,引入粪肠球菌的甲羟戊酸途径,紫穗槐-4,11-二烯的产量提高了13     

细纹豆芫菁3-羟甲基戊二酰辅酶A-还原酶基因全长cDNA克隆及生物信息学分析

3-羟甲基戊二酰辅酶A-还原酶（3-hydroxy-3-methylglutaryl coenzyme A reductase, HMGR）是甲羟戊酸途径的关键酶。获得芫菁体内HMGR基因信息是确定甲羟戊酸途径与斑蝥素合成相关性的基础。本研究利用RACE技术从细纹豆芫菁Epicauta mannerheimi (Maklin)体内克隆获得HMGR基因全长cDNA序列, 命名为EmHMGR（GenBank登录号为JQ690539）。该基因全长3 118 bp, 其中5′端非翻译区178 bp, 3′端非翻译区414 bp, 开放阅读框2 526 bp, 编码842个氨基酸。推测的蛋白质分子量为92.8 kDa, 理论等电点为6.0, 预测分子式为C₄₁₃₅H₆₆₀₄N1₀₉₈O₁₂₁₆S₅₀, 不稳定系数为43.37, 总亲水性系数为0.091, 为疏水性不稳定蛋白。序列分析发现该基因编码的蛋白与已报道的其他昆虫HMGR的氨基酸序列一致性达50%以上, 而且包含HMGR_Class I保守功能域、 固醇敏感多肽区及HMGR蛋白的其他保守功能位点。系统进化分析发现该基因与叶甲科昆虫HMGR基因的关系最近。本研究首次从芫菁科昆虫体内克隆获得甲羟戊酸途径的关键酶EmHMGR基因, 为后期芫菁体内斑蝥素生物合成途径的研究奠定了基础。     

巴西橡胶树胶乳和悬浮细胞中MVA和MEP代谢途径基因的表达分析

MVA和MEP代谢途径是植物类异戊二烯代谢途径的两条重要次生代谢途径。该研究利用荧光定量PCR技术,分析了橡胶树胶乳和橡胶树花药愈伤组织来源的悬浮细胞中MVA代谢途径和MEP代谢途径中关键基因的表达水平,同时分析了茉莉酸的结构类似物冠菌素(coronatine,COR)对悬浮细胞中Hb AACT3,Hb HMGR4,Hb HMGR5,Hb DXS2,Hb DXR和Hb SQS1基因表达的调节作用。结果表明:在MVA代谢途径中,基因Hb AACT1,Hb AACT2,Hb HMGS1,Hb HMGS2,Hb HMGR1,Hb HMGR3,Hb MVK,Hb PMK,Hb MVD1,Hb MVD2和IPP下游代谢基因Hb IPPI1和Hb FDPS1在胶乳中的表达量要相对高于其在悬浮细胞中的表达量,然而橡胶树悬浮细胞中MEP代谢途径基因Hb DXS1,Hb DXS2,Hb DXR,Hb CMS1,Hb CMS2,Hb CMK,Hb MCS1,Hb MCS2,Hb HDS,Hb HDR和鲨烯合酶基因Hb SQS1的表达水平要相对高于胶乳。而且COR能不同程度地上调Hb HMGR5,Hb HMGR4,Hb SQS1,Hb DXS2和Hb DXR基因的表达水平。该研究结果为探索利用橡胶树悬浮细胞体系研究次生代谢合成调控以及生产活性次生代谢产物奠定了基础。     

稳定表达MVA途径基因提高番茄红素产量

萜类化合物的直接前体物质异戊烯焦磷酸(IPP)和二甲基烯丙基焦磷酸酯(DMAPP)可以由2-甲基-D-赤藻糖醇-4-磷酸途径(MEP途径)和甲羟戊酸途径(MVA途径)合成。在已经优化MEP合成途径、番茄红素合成途径关键基因表达的重组大肠杆菌LYC101中,引入MVA途径基因,进一步提高重组大肠杆菌合成萜类化合物的能力。质粒pALV23和pALV145是本实验室在研究MVA途径基因协调表达时,用核糖体结合位点(RBS)文库连接MVA途径各基因构建质粒文库,而筛选到的有效提高β-胡萝卜素产量的质粒。首先比较了两个质粒分别在低产和高产番茄红素的菌株中对番茄红素合成的影响。结果表明,两个质粒在高、低产番茄红素的菌株中都可以有效提高番茄红素产量。在高产菌LYC101中pALV23比pALV145使番茄红素产量更高。然后,用CRISPR-Cas9系统辅助同源重组的方法,将MVA途经基因和启动子一共6.7kb的条带整合到LYC101菌株的染色体上,得到遗传稳定的菌株LYC102。LYC102的番茄红素产率达40.9mg/g,是出发菌株LYC101产率的2.19倍,比用质粒表达MVA途径基因的菌株提高了20%。在重组大肠杆菌中同时表达MVA途径和MEP途径,可以有效提高萜类化合物产率;文中构建了不含质粒的、遗传稳定的高产番茄红素菌株,为产业化合成番茄红素提供基础;同时构建平台菌株,可以用于其他萜类化合物合成。