基于代谢组学的赤霉酸生物合成研究进展

赤霉酸(gibberellic acid)是应用非常广泛的植物生长激素,目前农业生产上应用的赤霉酸主要来自藤仓赤霉菌Gibberella fujikuroi液态发酵,但产量还远远不能满足市场需求。代谢组学(metabonomics)是系统生物学研究的重要分支,近年来在微生物领域得到广泛应用,并取得了重要进展。文中综述了赤霉酸的种类、生产、应用、研究历程;代谢组学的概念、优点、研究方法、赤霉酸测定;基因改造、非生物胁迫、前体物质对赤霉酸生物合成的影响等领域的国内外研究进展,并对赤霉酸高效合成相关的多组学联合应用前景进行了展望,以期为工业生产中赤霉酸产量的进一步提升提供思路。

基于比较代谢组学解析藤仓赤霉菌CGMCC 17793高产GA_(4)机制

新型赤霉素(gibberellin)GA_(4)因其独特的优势而具有广阔的应用前景。为探究GA_(4)生物合成调控机制,本研究以藤仓赤霉菌(Gibberella fujikuroi)GA_(4)生产菌株S(CGMCC 17793)和野生菌株Y(GenBank登录号:NRRL 13620)为研究对象,利用液相色谱-质谱联用(liquid chromatograph-mass spectrometer,LC-MS)代谢组学技术,结合主成分分析(principal component analysis,PCA)与偏最小二乘-显著性分析联合法(partial least squares-discrimination analysis,PLS-DA)等对两种菌株在同一发酵时间以及菌株S在不同发酵时间的差异代谢物进行筛选与鉴定,并利用KEGG数据库和MBROLE 2.0分析相关代谢通路。结果表明,与菌株Y相比,菌株S在发酵3、6、9 d时,显著上调和下调的代谢物分别为107种和66种、136种和47种、94种和65种。与生产菌株S发酵3d时相比,6、9d时显著上调和下调的代谢物分别为29种和40种、52种和67种。菌株S与菌株Y同一发酵时间的差异代谢物主要富集在氨基酸代谢、三羧酸循环(tricarboxylic acid cycle,TCA cycle)和萜类生物合成等通路。菌株S不同发酵时间的差异代谢物主要富集在氨基酸代谢与糖代谢等合成途径。通路注释与分析结果说明,菌株S通过促进氨基酸与糖代谢、TCA循环产生更多乙酰CoA,增强了甲羟戊酸途径,从而使萜类化合物合成的前体物质异戊烯焦磷酸(isopentenyl pyrophosphate,IPP)含量增加,最终提高了GA_(4)产量。本研究探究了藤仓赤霉菌GA_(4)代谢规律,为调控藤仓赤霉菌提高GA_(4)产量提供了理论基础。