基于关键节点代谢流重排提高酿酒酵母的香叶基香叶醇产量

香叶基香叶醇(geranylgeraniol,GGOH)是生产香料、药物、维生素A和E的重要中间体,其生物活性构型为(E,E,E)-GGOH。为了提高酿酒酵母的(E,E,E)-GGOH产量,在表达了香叶基香叶基焦磷酸合酶-法尼基焦磷酸合酶融合酶(BTS1-DPP1)和香叶基香叶基焦磷酸合酶-二酰基甘油二磷酸磷酸酶融合酶(BTS1-ERG20)的初始菌株(产34.85mg?L^(-1)GGOH)的基础上,本实验进一步利用代谢工程的手段对法尼基焦磷酸(FPP)代谢节点处进行代谢流重排。一方面,过表达了来源于红法夫酵母的香叶基香叶基焦磷酸(GGPP)合酶突变体(Crt E03M),增加了前体物质GGPP的供应,从而将GGOH产量提高了1.6倍,达到56.04mg?L^(-1);另一方面,利用葡萄糖诱导性弱启动子PHXT1对竞争支路关键酶角鲨烯合酶(ERG9)进行下调,从而使GGOH产量提高4.5倍,达到156mg?L^(-1)。同时,通过敲除GAL80基因构建了葡萄糖调控的GAL体系,用以控制GGOH的合成,与PHXT1控制的角鲨烯合成支路一起,构成了顺序表达体系,最终,以十二烷为有机相,在摇瓶中进行两相发酵,培养72 h后获得GGOH产量183.07mg?L^(-1),与初始菌株相比提高了5倍。本工作对其他FPP下游途径的代谢调控具有借鉴意义。

蓝桉叶片桉叶素生物合成机理研究

为探明蓝桉(Eucalyptus globulus Labill.)叶片桉叶素合成过程中关键酶活性与桉叶素含量的关系,以不同发育阶段的蓝桉叶片为研究对象,测定桉叶素相对含量和3-羟基-3-甲基戊二酸单酰辅酶A还原酶(HMGR)、1-脱氧-D-木酮糖-5-磷酸合酶(DXS)、异戊烯基焦磷酸异构酶(IPPI)、香叶基焦磷酸合酶(GPPS)、桉叶素合酶(CinS)活性,并对其进行方差分析、相关性分析、通径分析.结果表明,随着蓝桉叶片成熟度增加,桉叶素相对含量逐渐增加,HMGR、DXS、GPPS、IPPI的酶活性逐渐下降.在一个完整的年生长周期内,桉叶素相对含量在7月份显著高于其余月份,HMGR、DXS、GPPS、CinS活性在5、6月份显著高于其余月份.桉叶素相对含量与DXS、CinS活性显著正相关,与HMGR、IPPI、GPPS酶活性极显著负相关.研究结果表明,在5、6月份增强蓝桉幼嫩叶片的DXS和CinS活性,可以有效提高桉叶素积累,进而提高蓝桉桉叶油的产量和品质.

丹参SmGGPPS3基因的克隆及表达分析

香叶基香叶基焦磷酸合酶(Geranylgeranyl pyrophosphate synthase,GGPPS)是植物细胞二萜类物质合成的重要调节靶点。本研究从药用植物丹参中克隆了一条新的GGPPS基因(SmGGPPS3),基因全长2908 bp,包含一个931 bp的内含子和一个960 bp的编码序列。推测的氨基酸序列与蓖麻、橡胶、拟南芥等植物GGPPS一致性达到67%以上。实时定量PCR结果显示,SmGGPPS3基因在丹参不同发育时期不同器官中表达差异显著,同时受茉莉酸甲酯和病原菌的诱导。遗传互补实验也表明,SmGGPPS3编码蛋白具有GGPP合酶的活性。

香紫苏醇的微生物法生产研究进展

香紫苏醇是一种植物次生代谢物,可从天然香紫苏醇等植物中提取,主要用于香紫苏内酯及降龙涎醚等天然龙涎香代用品的合成及香精的调配,还具有抗菌、杀菌活性等。由于生物技术的发展,利用微生物法合成香紫苏醇已引起国内外学者的广泛关注。本文概述了香紫苏醇及其衍生物的经济价值,并详细概述了微生物生产香紫苏醇的流程及研究状况。最后,本文还展望了微物生产法在香紫苏醇生产工业中应用前景及研究方向。尽管对微生物生产香紫苏醇的相关研究已取得了比较大的进步,但香紫苏醇合成的产率仍相对较低,因此,将分子生物学及代谢工程学手段融入到香紫苏醇合成及产业化应用的探索将是以后的研究重点。

GGPPS及其抑制剂在肿瘤中的研究进展

香叶基香叶基焦磷酸合酶(geranylgeranyl diphosphate synthase,GGPPS)是甲羟戊酸途径中的一种分支酶,参与蛋白质异戊二烯化。GGPPS通过介导多条细胞信号通路,在细胞的生物学功能和疾病的发生机制中发挥关键作用,调节各种疾病的病理进展。GGPPS在肿瘤中表达异常,而表达水平与预后密切相关,故有望成为肿瘤早期诊治的一种新兴的生物指标。本文主要对GGPPS的生物学功能、在肿瘤中的作用及其抑制剂在肿瘤中的应用进行总结,寻求其在未来肿瘤疾病防治中的潜在价值。

芍药GGPPS家族基因的克隆及生物信息学分析

萜类物质是芍药根的重要药用活性成分,香叶基香叶基焦磷酸合酶(geranylgeranyl pyrophosphate synthase,GGPPS)是萜类物质生物合成的关键酶。为研究GGPPS基因在芍药根萜类物质生物合成中的作用,本研究基于芍药转录组测序数据(DRX027794),从芍药根中成功克隆了PlGGPPS家族的3个基因并对其进行了生物信息学分析。结果表明,PlGGPPS、PlGGPPSssu-like和PlGGPPSssu基因(GenBank登录号分别为KP708574,KP708573和KP708572)分别编码含有369、298和340个氨基酸的蛋白质,它们与多种近缘植物GGPPS蛋白家族成员具高同源性。预测的蛋白质均隶属于萜类合酶超级家族,然而PlGGPPSssu-like蛋白缺少保守的FARM和SARM保守结构域,分子进化树分析结构显示其分类地位相对独立。蛋白亚细胞定位于叶绿体或质体,为不含跨膜结构域、不含信号肽的不稳定蛋白;其二级结构主要以α-螺旋和无规则卷曲为主,三级结构以单体形式存在,为后续开展PlGGPPS家族中PlGGPPS、PlGGPPSssu-like和PlGGPPSssu基因的时空表达特性分析及其功能研究提供了理论基础。

栀子(Gardenia jasminoides)GGPPS基因小亚基的克隆及表达分析

香叶基焦磷酸(geranyl pyrophosphate,GPP)是单萜的前体物质,而单萜是栀子内重要的活性成分。香叶基香叶基焦磷酸合酶(GGPPS)在萜类化合物、类胡萝卜素类化合物生物合成中处于关键位置,GGPPS主要分为香叶基香叶基焦磷酸合成酶大亚基(GGPPSlsu)和香叶基香叶基焦磷酸合成酶小亚基(GGPPSssu)。为了研究栀子GGPPS基因在栀子萜类生物合成中的作用,本研究成功从栀子品种‘林海一号’中提取RNA反转录合成cDNA,根据转录组测序拼接结果设计引物扩增得到栀子GGPPSssu的cDNA序列,分别命名为GjGGPPSssu1和GjGGPPSssu2,ORF区分别为1053 bp和915 bp。通过构建基因进化树,栀子GGPPSssu基因和其他植物的GGPPSssu基因聚为一类,属于香叶基香叶基焦磷酸合成酶小亚基基因。通过蛋白质序列比对表明GjGGPPSssu1有一个CxxxC(x为碱性氨基酸)的保守基元和一个FARM的保守基元,没有SARM保守基元,与SSUⅡ类基因相似;GjGGPPSssu2有两个CxxxC的保守基元,没有FARM保守基元和SARM保守基元,与SSUⅠ类基因相似。荧光定量PCR试验结果表明,GjGGPPSssu1在T4和T5时期有较高的表达水平,GjGGPPSssu2在栀子各生长时期的根部和果实中有较高水平的表达。推测GjGGPPSssu1基因与栀子黄色素合成相关,GjGGPPSssu2基因与单萜合成相关。本研究初步解析了栀子GGPPS基因的功能,为提高栀子药用品质提供了理论依据。