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天津工生所在微生物代谢调控技术研究中取得进展

文章来源:admin 更新时间:2019-10-28

  代谢调控技术是构建微生物细胞工厂的重要技术手段,构建高效平衡的代谢途径能够抑制副产物或者中间产物的积累,提高目标化合物产量。代谢途径的优化一般是在转录水平和翻译水平上进行代谢途径基因的优化,包括启动子工程、RBSs工程、DNA拷贝数、细胞器的划分和动态启动子调控等。

  中国科学院天津工业生物技术研究所研究员张学礼带领的微生物代谢工程研究团队和研究员毕昌昊带领的代谢工程与合成生物学技术研究团队合作,在微生物代谢调控技术方面取得新进展。该研究设计了一种基于起始密码子的组合调控策略(Combinatorial Modulation of Initial Codons, CMIC)用于多基因代谢途径的调控优化,并将CMIC策略应用于调控优化玉米黄素合成途径中的三个基因crtI、crtY和crtZ,实验获得了一株玉米黄素的产量和单位细胞产率为比对照菌株均有接近10倍提高的菌株,通过RT-qPCR、SDS-PAGE和蛋白质谱的实验证实了non-ATG的非天然起始密码子影响了crt基因在翻译水平上的表达,而不是影响了crt基因在转录水平上的表达。该研究建立了一种新型的基于起始密码子的代谢调控技术,具有广泛的应用前景。

  该研究得到中科院重点项目和国家自然科学基金等的支持。相关成果发表在MicrobiologyOpen 杂志上。天津工生所和南京理工大学联合培养博士生吴再强为论文第一作者,毕昌昊和张学礼为论文的通讯作者。

图1 CMIC库的构建流程。(A)引物设计,引物包括BsaI酶切位点,接头和随机的起始密码子NNN;(B)用于组装质粒的DNA片段,包含所要调控的基因;(C)CMIC质粒库的结构,所构建的质粒库包含所有需要调控的基因以及各种各样的随机起始密码子NNN的组合。

图2 基于起始密码子库的pCrtZYIlib的玉米黄素产量和单位细胞产率。(a)pCrtZYIlib库在LB平板上的单克隆;(b)在试管中培养挑选后的菌株;(c)对照菌株PHY01(pCrtZYIATG)和9株实验菌株,PHY01(pCrtZYI1)至PHY01(pCrtZYI9)的玉米黄素的产量(mg/L);(d)对照菌株PHY01(pCrtZYIATG)和9株实验菌株,PHY01(pCrtZYI1)至PHY01(pCrtZYI9)的玉米黄素的产量(mg/g)。***P < 0.001, **P < 0.01, *P < 0.05。

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