碳源对圆酵母(Torula sp.)B84512发酵合成赤藓糖醇及副产物甘油的影响

研究了圆酵母(Torula sp.)B84512以不同碳源发酵产赤藓糖醇过程中副产物甘油的生成与消耗情况。发现该菌株在以任何碳源为底物发酵过程中均会产生甘油,且在发酵中后期甘油逐渐被消耗。以甘油为唯一碳源时该菌株合成赤藓糖醇的速率及产率均低于葡萄糖。葡萄糖为圆酵母B84512发酵产赤藓糖醇的最佳碳源。采用分批补料的方式提高赤藓糖醇的产率并期望能抑制甘油的生成,实验结果表明补料至总糖浓度为50%时赤藓糖醇产量最高为253 g/L,产率为1.03 g/(L.h)。但甘油产量与葡萄糖的浓度呈正相关,分批补料并不能有效抑制甘油的生成,反而导致发酵周期大大延长,对于工业化生产极其不利。通过对甘油的生成及消耗过程中关键酶胞浆3-磷酸甘油脱氢酶(ctGPD)、3-磷酸甘油酯酶(GPP)、线粒体3-磷酸甘油脱氢酶(mtGPD)酶活测定,确定胞浆3-磷酸甘油脱氢酶为甘油合成途径的关键酶,为以后对圆酵母B84512中甘油代谢途径的基因工程改造选育奠定了基础。     

产甘油假丝酵母甘油合成关键酶基因CgGPD1多拷贝表达载体的构建及其在大肠杆菌中的表达

采用PCR的方法从产甘油假丝酵母(Candida glycerinogenes) 中扩增出3-磷酸甘油脱氢酶的编码基因及侧翼序列 CgGPD1,分别构建了含不同 CgGPD1 拷贝数的根癌农杆菌双元载体pCAM3300-zeocin-CgGPD1(Ⅰ)、pCAM3300-zeocin-CgGPD1-CgGPD1(Ⅱ)和pCAM3300-zeocin-CgGPD1 -CgGPD1-CgGPD1(Ⅲ).在大肠杆菌JM109中,研究了其在不同质量浓度NaCl、葡萄糖胁迫下表达情况.结果表明,在大肠杆菌中GPDH的活性随着NaCl、葡萄糖质量浓度的升高而增加.当NaCl质量浓度达到2.5 g/dL时,GPDH的酶活比在0.5 g/dL NaCl下平均提高31.2%; 当葡萄糖质量浓度提高至10 g/dL时,GPDH的酶活比2 g/dL葡萄糖下平均提高31.8%;在相同的NaCl、葡萄糖质量浓度下,GPDH的活性随着 CgGPD1 拷贝数的增加而升高,JM109(Ⅱ)比JM109(Ⅰ)的GPDH酶活平均提高8.2%,JM109(Ⅲ)比JM109(Ⅱ)的GPDH酶活平均提高9.9%.以上结果表明,在大肠杆菌中 CgGPD1 基因的表达同样受渗透压胁迫调节.     

优化简并引物PCR克隆Candida glycerinogenes 3-磷酸甘油脱氢酶基因片段

为了从工业生产菌株耐高渗产甘油假丝酵母(Candida glycerinogenes)克隆甘油合成的限速酶编码基因胞浆NAD -3-磷酸甘油脱氢酶基因(ctGPD),对不同酵母和其他真核生物的NAD -3-磷酸甘油脱氢酶进行比对,分析氨基酸和核苷酸的保守序列,设计了4对简并引物用于扩增C.glycerinogenes的NAD -3-磷酸甘油脱氢酶(GPD)基因片段,经过优化PCR反应条件,利用其中一对中等简并度的引物扩增出CgGPI)基因中约600 bp的保守核心片段.DNA序列及推绎的氨基酸序列进行比对分析表明,该基因片段与其他酵母的胞浆NAD -3-磷酸甘油脱氢酶基因的对应区域具有典型的保守区域,并且与安格斯毕赤酵母的GPI)基因相似性较高.     

低水势胁迫对粉状毕赤酵母3-磷酸甘油脱氢酶酶活力的影响

一定浓度的盐或山梨醇胁迫可促使粉状毕赤酵母(Pichiafarinosa)过量表达3 磷酸甘油脱氢酶(Glyc erol 3 Phosphatedehydrogenase) ,从而合成出大量甘油抵御胁迫。研究中发现,在5 %盐胁迫下,粉状毕赤酵母粗酶液3 磷酸甘油脱氢酶酶活提高30 % ,在6 %盐胁迫下,甘油产量提高了9倍。在1 5mol/L的山梨醇胁迫下,3 磷酸甘油脱氢酶酶活提高了14 %。     

CRISPR/Cas9介导的酿酒酵母ADH2基因中断及反义RNA干扰GPD1的表达

CRISPR/Cas9是一个简单、高效的用于靶向目的基因和无标记的基因组工程的工具。本文通过构建酿酒酵母沉默组件PGK-SGPD1-CYC1,使甘油-3-磷酸脱氢酶I(Glycerol-3-phosphate dehydrogenase,GPD1)基因在PGK强启动子、CYC1终止子在特定区域内进行干扰和表达。应用CRISPR/Cas9基因编辑技术,在中断乙醇脱氢酶Ⅱ(alcohol dehydrogenase Ⅱ,ADH2)基因的同时,定点敲入GPD1基因的反义干扰组件,从而特定地干扰GPD1的表达。采用高效的酵母化学转化法将反应组件敲入酿酒酵母Y1H中,CRISPR/Cas9介导的同源重组效率达43.48%,由此获得了ADH2基因中断和GPD1反义干扰的酿酒酵母突变株。发酵实验结果表明,酿酒酵母突变菌株SG1-1与出发菌株Y1H相比,乙醇产率提高了9.07%,甘油产率下降了12.05%,乙酸产率下降了12.30%,结果表明通过中断ADH2基因及插入GPD1反义干扰组件,既能够中断ADH2基因的功能,减少乙醇转化为乙醛,同时也能在一定程度上干扰GPD1基因的表达,提高乙醇产率。     

酿酒酵母关键节点基因缺损对法尼烯合成的影响

以法尼烯为评价效应物,研究了缺损乙醇合成途径、甘油合成途径、胞质乙酰辅酶A转运途径和法尼基焦磷酸消耗支路关键基因对酿酒酵母WHE4菌株合成法尼烯的影响。通过CRISPR-cas9基因编辑技术,获得8株关键基因缺损菌株。结果表明,与WHE4菌株相比,缺损乙醇脱氢酶基因ADH3-6对乙醇和法尼烯产量没有影响;单独缺损甘油三磷酸脱氢酶基因GPD1和GPD2使甘油积累量分别降低了15%和34%,缺损半乳糖激酶基因GAL1、GAL7、GAL10下调了甲羟戊酸途径所有基因转录水平,它们的缺损均不能提高菌株的法尼烯产量;缺损香叶基香叶基焦磷酸合酶基因BTS1和二酰基甘油二磷酸磷酸酶基因DPP1,法尼烯产量提高了29%,在5 L发酵罐补料分批发酵,菌株WHE4-33(WHE4 Δbts1,Δdpp1)的法尼烯产量达到1 578.91 mg/L。该研究对甲羟戊酸途径上游和下游关键节点基因进行了缺损影响法尼烯合成研究,为构建酿酒酵母萜类化合物高效平台提供了参考价值。     

发酵后期补加2种氮源对克雷伯氏菌合成1,3-丙二醇的影响

为探寻解决重要平台化合物1,3-丙二醇发酵后期菌体生长和1,3-丙二醇合成受限的方法,通过从菌体量、产物和关键酶活性及基因转录水平等方面,较全面地考察了发酵后期补加酵母膏和硫酸铵对克雷伯氏菌(Klebsiella pneumoniae)合成1,3-丙二醇的影响,结果为:添加两种氮源均有利于菌体生长;补加10 g/L酵母膏和硫酸铵,1,3-丙二醇产量由58.6 g/L分别提高到70.6 g/L和77.2 g/L;相对于酵母膏,硫酸铵对关键酶活性的增强更为明显,并使甘油脱氢酶(glycerol dehydrogenase,Dha D)在发酵后期始终维持较高水平,促进细胞生长和产物合成。此外,与补加酵母膏相比,补加硫酸铵后关键酶基因转录水平上调并不显著。表明硫酸铵主要通过直接激活关键酶活性促进细胞生长和产物合成。综上所述,发酵后期补加硫酸铵更利于1,3-丙二醇的生物合成,是提高发酵合成1,3-丙二醇水平的有效方式之一。     

高渗工业菌株Candida glycerinogenes整合型表达载体的构建及验证

构建应用于工业用产甘油假丝酵母(Candida glycerinogenes)CGMCC NO.6830的整合型表达载体,建立一种可利用底物形成的渗透压调控表达外源基因的体系。以p UC19质粒为基本骨架,C.glycerinogenes CGMCC NO.6830的18S r DNA为整合位点,运用其3-磷酸甘油脱氢酶基因启动子PCggpd启动外源基因表达,腐草霉素抗性基因ble作为重组酵母转化子筛选标记,获得应用于产甘油假丝酵母的稳定的表达型整合载体;以绿色荧光蛋白基因gfp作为报告基因考察该表达质粒的性能,实现了外源基因gfp的渗透压调控表达。     

PScgpd1启动子融合GUS基因在酿酒酵母中的瞬时表达

利用PCR技术从酿酒酵母基因组克隆得到甘油代谢关键酶基因 gpd1 启动子,并成功构建真核生物穿梭表达载体pYX212- zoecin -PSc gpd1 -GUS,并将其电击转入酿酒酵母中.将构建成功的酿酒酵母 Saccharomyces cerevisiae 基因工程菌分别在0.2,0.5,1.0 mol/L NaCl的盐胁迫下培养,首次通过GUS组织化学染色法和荧光法测定GUS报告基因的瞬时表达酶活检测 gpd1 启动子的酶活表达.研究发现,酵母甘油代谢关键酶基因 gpd1 启动子在不同渗透压下的表达有明显的差异.证实了 gpd1 启动子是受渗透压调节的,属于诱导型启动子,这可能与渗透压胁迫下的甘油代谢密切关联,相关研究未见报道.     

甘油激酶的表达纯化及在酮糖合成中的应用

研究了大肠杆菌MG1655来源的甘油激酶(GK)的表达及其在酮糖合成中的应用。本研究从大肠杆菌MG1655扩增了甘油激酶的基因片段glpK,连接到表达载体pET-28a上,在大肠杆菌Rosetta(DE3)中进行IPTG诱导表达,利用Ni~(2+)亲和层析柱纯化目的蛋白。利用该甘油激酶可以催化成本较低的底物甘油生成L-3-磷酸甘油,再经过磷酸甘油氧化酶(GPO)的催化生成磷酸二羟基丙酮(DHAP),生成的DHAP可以在不同的DHAP依赖性醛缩酶的催化下与受体D-甘油醛合成酮糖-1-磷酸,最终用酸性磷酸酶脱掉磷酸生成一系列酮糖。结果表明,该酶成功地用于"一釜多酶法"合成体系中,以便宜的底物甘油为前体,合成出包括稀有糖在内的一系列酮糖,生成的产物、产率及比例用TLC、HPLC进行检测。该方法的建立将为其他稀有糖及其衍生物的合成提供理论依据。     

不同代数啤酒酵母对胞内代谢关键酶活性的影响

对不同代数啤酒酵母在丙酮酸激酶、葡萄糖-6-磷酸脱氢酶、苹果酸脱氢酶、异柠檬酸脱氢酶、乙醇脱氢酶的酶活性特征方面的差异进行了比较分析,发现酵母在不断传代过程中,胞内代谢关键酶的活性均呈现一定变化,而丙酮酸激酶、葡萄糖-6-磷酸脱氢酶和乙醇脱氢酶变化最为明显,并且与酵母活力有着紧密的联系,当3种酶活性高时,酵母活力旺盛,代谢物质的量较为协调.     

Pichia stipitis木糖醇脱氢酶基因XYL2在酿酒酵母中的表达

通过PCR方法克隆得到树干毕赤氏酵母木糖醇脱氢酶(XDH)基因XYL2.将该基因连入酵母表达载体pYX212的强启动子磷酸丙糖异构酶(TPI)启动子下,得到融合表达载体pYX-XYL2.通过电转化方法将pYX-XYL2转入酿酒酵母Saccharomyces cerevisiae W303-1A中,酶活测定表明在酿酒酵母中树干毕赤氏酵母木糖醇脱氢酶基因XYL2得到活性表达,酿酒酵母转化子粗酶液中木糖醇脱氢酶比活为每毫克蛋白0.6 U左右,约为供体菌的2.4倍.与基因供体菌不同,木糖醇脱氢酶基因在酿酒酵母中表达不需木糖诱导,为组成型表达.     

利用重组大肠杆菌发酵甘油合成L-丙氨酸

本文探究以甘油为唯一碳源发酵合成L-丙氨酸的可行性。以删除了乙酸、甲酸、乙醇、琥珀酸、乳酸代谢产物合成途径的Escherichia coli B0016-050为出发菌株,用λpL启动子及其调控下的嗜热脂肪芽孢杆菌(Geobacillus stearothermophilus)来源的丙氨酸脱氢酶基因(ala D)替换B0016-050菌株染色体上丙氨酸消旋酶基因(dad X),获得温度控制型L-丙氨酸合成菌株B0016-060BC。菌株B0016-060BC以甘油为唯一碳源进行两阶段发酵(包括菌体生长阶段和L-丙氨酸合成阶段),表明在菌体生长至对数后期起始L-丙氨酸合成或者提高L-丙氨酸发酵阶段的通气量可提高L-丙氨酸合成水平。进一步经5 L发酵罐发酵,可合成63.64 g/L L-丙氨酸,整个发酵阶段体积生产强度达到1.91 g/(L·h)、转化率达到62.89 g/100 g甘油,仅合成少量的乙酸(1.73 g/L)等副产物。实现了以甘油为唯一碳源高效合成L-丙氨酸,为工业应用提供了重要参考。     

利用重组大肠杆菌发酵甘油合成L-丙氨酸

本文探究以甘油为唯一碳源发酵合成L-丙氨酸的可行性。以删除了乙酸、甲酸、乙醇、琥珀酸、乳酸代谢产物合成途径的Escherichia coli B0016-050为出发菌株,用λpL启动子及其调控下的嗜热脂肪芽孢杆菌(Geobacillus stearothermophilus)来源的丙氨酸脱氢酶基因(ala D)替换B0016-050菌株染色体上丙氨酸消旋酶基因(dad X),获得温度控制型L-丙氨酸合成菌株B0016-060BC。菌株B0016-060BC以甘油为唯一碳源进行两阶段发酵(包括菌体生长阶段和L-丙氨酸合成阶段),表明在菌体生长至对数后期起始L-丙氨酸合成或者提高L-丙氨酸发酵阶段的通气量可提高L-丙氨酸合成水平。进一步经5 L发酵罐发酵,可合成63.64 g/L L-丙氨酸,整个发酵阶段体积生产强度达到1.91 g/L h、转化率达到62.89 g/100 g甘油,仅合成少量的乙酸(1.73 g/L)等副产物。实现了以甘油为唯一碳源高效合成L-丙氨酸,为工业应用提供了重要参考。     

克雷伯杆菌生产1,3-丙二醇关键酶酶活分析方法研究

有氧条件下,建立了克雷伯杆菌破碎方法及其生产1,3-丙二醇代谢途径中关键酶酶活测定方法。超声波细胞破碎优化条件为:超声频率30kHz,100%振幅,间歇频率0.6,超声时间12min。细胞抽提液中甘油脱氢酶、1,3-丙二醇氧化还原酶、甘油脱水酶酶活测定的最适pH分别为12、9.5和7.0,最适温度分别为45oC、45oC和37。甘油脱氢酶、1,3-丙二醇氧化还原酶用初速度法测定。甘油脱水酶用终止法测定。     

毕赤酵母多基因组装系统的构建及其在2-苯乙醇合成中的应用

巴斯德毕赤酵母是一种优良的外源蛋白生产平台,近年来也被用于发酵生产高附加值化学品。为了使产品生产适应发酵工业的需要,常需要对毕赤酵母进行代谢改造,同时表达多个基因。该文设计并建立了一种毕赤酵母多基因组装系统,利用golden gate克隆实现多元件整合,并通过Cre-lox系统去除抗性标签。该系统可实现同时游离或整合表达多个基因,插入位点、启动子、终止子均可灵活调整。利用这一系统对毕赤酵母进行改造,用于发酵合成高价值化学品2-苯乙醇。通过游离表达比较不同来源的关键基因,并整合表达2-酮-3-脱氧-D-阿拉伯庚酮-7-磷酸合酶ARO3、ARO4^K229L和ARO5,分支酸变位酶ARO7^G141S和预苯酸脱水酶PHA2基因,最终重组菌株PE-3合成了408.4 mg/L 2-苯乙醇,是出发菌株的10倍以上。该研究建立多基因组装的系统可用于毕赤酵母代谢工程,构建适用于发酵生产蛋白或其他代谢产物的重组菌株。     

蓖麻三磷酸甘油脱氢酶基因（RcGPDH）的克隆及功能分析

为了阐明蓖麻三磷酸甘油脱氢酶基因（glycerol-3-phosphate dehydrogenase,RcGPDH）在蓖麻油累积过程中的作用,本研究根据已报道的蓖麻种子表达序列标签（Expressed Sequence Tags,EST）设计引物,通过RACE（rapid-amplification of cDNA ends）方法克隆蓖麻RcGPDH基因的全长并对其序列进行分析,构建了该基因的酵母表达载体pYES2.1/V5-His-TOPO-RcGPDH,以载体pYES2.1/V5-His/lacZ质粒DNA为对照,转化酵母野生型菌株BY4742,运用分光光度法测定转基因酵母的生长曲线,通过香草醛法测定稳定生长期的转基因酵母的油脂含量。结果表明,转基因菌株比转空载体对照菌株生长慢,两者均在培养18h后进入平台期;两个菌株的油脂含量没有明显的差别,表明RcGPDH基因对酵母油脂的累积没有起到积极的作用,在蓖麻种子中可能还存在另一个GPDH同源基因参与三脂酰甘油（TAG）的合成。     

生物电化学法转化甘油生产1,3-二羟基丙酮

氧化葡萄糖酸杆菌中依赖辅基吡咯喹啉醌(Pyrroloquinoline Quinone,PQQ)的膜结合甘油脱氢酶(Glycerol dehydrogenase,GDH)是酶法转化甘油生成1,3-二羟基丙酮(1,3-Dihydroxyacetone,DHA)的关键酶。以铁氰化钾为电子媒介体,采用生物电化学法,再生甘油脱氢酶的辅基PQQ,从而实现酶法循环转化甘油生产DHA。设计电耦联反应装置,在(28±2)℃,370mV电压下反应18h,DHA质量浓度达到27.21g/L,甘油转化率为52.93%。     

budR表达水平对克雷伯氏菌甘油代谢的影响

通过过量表达和反义RNA抑制改变budR表达水平,考察budR表达水平对克雷伯氏菌甘油代谢的影响。过表达budR使得Bud B和Bud C的酶活提高了48.7%和69.7%,1,3-丙二醇产量降低了12.6%,2,3-丁二醇含量增加了73.3%,同时乙酸含量显著降低。反义RNA抑制budR表达后,Bud B和Bud C酶活分别降低了56%和78%,重组菌的生物量、2,3-丁二醇(BDO)、乙酸、乳酸等均表现为略有降低,1,3-丙二醇含量达到23.4g/L,提高约10%。上述结果进一步丰富了budR基因在调控bud操纵子的表达水平、2,3-丁二醇合成及克雷伯氏菌甘油代谢中的作用,为后续代谢改造克雷伯氏菌合成1,3-丙二醇提供了新的思路。     

谷氨酸棒杆菌ATCC 14067中L-精氨酸合成途径关键酶的过表达对L-精氨酸合成的影响

谷氨酸棒杆菌中与精氨酸合成相关的酶主要是由2个操纵子基因簇argCJBDFR和argGH编码合成。此外,在L-精氨酸合成途径的前体物谷氨酸和氨甲酰磷酸的合成中,由gdh、icd、gltA、carAB 4个基因分别编码的谷氨酸脱氢酶、异柠檬酸脱氢酶、柠檬酸合酶、氨甲酰磷酸合成酶是谷氨酸和氨甲酰磷酸合成的关键酶。研究以解除了L-精氨酸的别构抑制作用的谷氨酸棒杆菌为出发菌株,利用3种不同抗性的表达质粒分别对这些关键酶的编码基因进行串联共表达。在最终得到的13个菌株中,L-精氨酸产量最高的菌株是出发菌株L-精氨酸产量的6.23倍,这表明串联过表达菌株L-精氨酸合成途径中,不同节点关键酶的编码基因可以更有效地提高菌株中L-精氨酸的产量,为进一步改造L-精氨酸的合成途径、优化L-精氨酸的产量奠定了基础。