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利用CRISPRi挖掘大肠杆菌生物合成D-泛酸的关键基因
1
作者
张博
杨玉凤
+3 位作者
贺周霖
章誉琼
柳志强
郑裕国
《微生物学报》
CAS
CSCD
北大核心
2023年第12期4625-4643,共19页
【目的】D-泛酸(D-pantothenic acid,DPA)是一种重要的功能化合物,被广泛应用于医疗保健、化妆品、动物食品和饲料等领域,具有良好的市场前景及应用。本研究以实验室保藏的大肠杆菌菌株DPAP10为底盘菌株,利用CRISPR干扰(clustered regul...
【目的】D-泛酸(D-pantothenic acid,DPA)是一种重要的功能化合物,被广泛应用于医疗保健、化妆品、动物食品和饲料等领域,具有良好的市场前景及应用。本研究以实验室保藏的大肠杆菌菌株DPAP10为底盘菌株,利用CRISPR干扰(clustered regularly interspaced palindromic repeats interference,CRISPRi)技术,筛选影响工程菌株DPA生物合成的内源性基因靶点。【方法】构建了pTarget和pdCas9的双质粒CRISPRi系统,可以实现对基因单个或组合表达抑制,摇瓶发酵检测基因抑制对DPA合成的影响;通过实时荧光定量聚合酶链式反应(real-time fluorescence quantitative polymerase chain reaction,RT-qPCR)检测了基因抑制后的转录水平;通过高效液相色谱(high performance liquid chromatography,HPLC)检测了中间代谢物分析代谢通路变化。【结果】成功从126个靶基因中筛选得到5个显著影响DPA合成的关键基因pgk、gltA、ptsH、ptsI、crp和7个基因组合pgk-gltA、pgk-ptsH、gltA-ptsH、pgk-ptsI、gltA-ptsI、pgk-crp、gltA-crp,其中菌株DPAP10/pdCas9+pT-gltA-ptsH相对于原始菌株DPAP10,在摇瓶中DPA产量提高了49.5%达到5.3 g/L,进一步在基因组上对gltA和ptsH的表达进行下调,得到工程菌株DPAP10-gltATTG-ptsHTTG,最终在5 L罐中DPA产量相较于对照菌株DPAP10在相同培养条件下提高了19.5%达到75.4 g/L。【结论】本研究证实CRISPRi筛选可以得到对DPA合成有益的基因靶点;中间代谢物检测分析发现,改变丙酮酸通量分布和降低三羧酸(tricarboxylic acid,TCA)循环速率,会导致碳流更多流向DPA合成代谢路径中,从而提高DPA的产量,这一发现为构建更高产菌株提供了新思路。
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关键词
代谢工程
大肠杆菌
D-泛酸
CRISPRi
原文传递
题名
利用CRISPRi挖掘大肠杆菌生物合成D-泛酸的关键基因
1
作者
张博
杨玉凤
贺周霖
章誉琼
柳志强
郑裕国
机构
浙江工业大学手性生物制造国家地方联合工程研究中心
浙江工业大学生物工程学院浙江省生物有机合成技术研究重点实验室
华东合成生物学产业技术研究院
出处
《微生物学报》
CAS
CSCD
北大核心
2023年第12期4625-4643,共19页
基金
国家重点研发计划(2018YFA0901400)
国家自然科学基金(32070099,31971342)。
文摘
【目的】D-泛酸(D-pantothenic acid,DPA)是一种重要的功能化合物,被广泛应用于医疗保健、化妆品、动物食品和饲料等领域,具有良好的市场前景及应用。本研究以实验室保藏的大肠杆菌菌株DPAP10为底盘菌株,利用CRISPR干扰(clustered regularly interspaced palindromic repeats interference,CRISPRi)技术,筛选影响工程菌株DPA生物合成的内源性基因靶点。【方法】构建了pTarget和pdCas9的双质粒CRISPRi系统,可以实现对基因单个或组合表达抑制,摇瓶发酵检测基因抑制对DPA合成的影响;通过实时荧光定量聚合酶链式反应(real-time fluorescence quantitative polymerase chain reaction,RT-qPCR)检测了基因抑制后的转录水平;通过高效液相色谱(high performance liquid chromatography,HPLC)检测了中间代谢物分析代谢通路变化。【结果】成功从126个靶基因中筛选得到5个显著影响DPA合成的关键基因pgk、gltA、ptsH、ptsI、crp和7个基因组合pgk-gltA、pgk-ptsH、gltA-ptsH、pgk-ptsI、gltA-ptsI、pgk-crp、gltA-crp,其中菌株DPAP10/pdCas9+pT-gltA-ptsH相对于原始菌株DPAP10,在摇瓶中DPA产量提高了49.5%达到5.3 g/L,进一步在基因组上对gltA和ptsH的表达进行下调,得到工程菌株DPAP10-gltATTG-ptsHTTG,最终在5 L罐中DPA产量相较于对照菌株DPAP10在相同培养条件下提高了19.5%达到75.4 g/L。【结论】本研究证实CRISPRi筛选可以得到对DPA合成有益的基因靶点;中间代谢物检测分析发现,改变丙酮酸通量分布和降低三羧酸(tricarboxylic acid,TCA)循环速率,会导致碳流更多流向DPA合成代谢路径中,从而提高DPA的产量,这一发现为构建更高产菌株提供了新思路。
关键词
代谢工程
大肠杆菌
D-泛酸
CRISPRi
Keywords
metabolic engineering
Escherichia coli
D-pantothenic acid
CRISPRi
分类号
Q939.9 [生物学—微生物学]
原文传递
题名
作者
出处
发文年
被引量
操作
1
利用CRISPRi挖掘大肠杆菌生物合成D-泛酸的关键基因
张博
杨玉凤
贺周霖
章誉琼
柳志强
郑裕国
《微生物学报》
CAS
CSCD
北大核心
2023
0
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已选择
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