Plant terpenoids: Deciphering metabolic pathways and improving production in microbes

植物萜类化合物：破译代谢途径并提高微生物的产量

• 批准号: 10714595
• 负责人: Zhen Wang
• 金额: $ 39.88万
• 依托单位: STATE UNIVERSITY OF NEW YORK AT BUFFALO
• 依托单位国家: 美国
• 财政年份: 2023
• 资助国家: 美国
• 起止时间: 2023-09-01 至 2028-06-30
• 项目状态: 未结题
• 来源: https://reporter.nih.gov/project-details/10714595
• 关键词: Acceleration; Biochemical; Biological Assay; Biomanufacturing; Digitalis (genus); Engineering; Gene Cluster; Genomics; Knowledge; Life; Medicine; Metabolic Pathway; Methods; Microbe; Millet; Mining; Pathway interactions; Plant Extracts; Plant Genome; Plants; Prevalence; Production; Productivity; Public Health; Research; Route; Saffron; Source; Terpenes; Time; Work; Yeasts; analog; cost effective; human disease; improved; metabolomics; novel; prevent; programs; reconstitution; transcriptomics

Beyond their prevalence in everyday life, many plant terpenoids have life-saving medicinal applications for a variety of human diseases. Despite their clear medicinal importance, it remains unclear how plants synthesize most plant terpneoids. This knowledge gap prevents us from developing a better method to access terpenoids since medicinal terpenoids are extracted from plants with meager yields. This research program aims to accelerate the identification of plant terpenoid biosynthetic pathways and to improve plant terpenoid production in microbes. Synthesizing plant terpenoids in microbes is a far more cost-effective approach as it can significantly enhance terpenoid productivity and shorten production time. We developed an integrated workflow capable of high-throughput characterization of multiple plant terpenoid pathways in parallel. This workflow combines genomic mining, transcriptomic analysis, metabolomics, and biochemical assays for terpenoid pathway elucidation followed by pathway reconstitution in engineered microbes for high-titer terpenoid production. Our workflow is unique in that it includes gene clusters in plant genomes as an untapped source for uncovering novel plant biosynthetic pathways. Another unique feature of our workflow is that we use a highly engineered yeast strain as a platform to produce plant specialized terpenoids. This highly productive platform strain sets the stage for cost-effective production of any of the >80,000 terpenoids and infinite numbers of terpenoid analogs. In this research program, we will apply this workflow to decipher multiple plant terpenoid pathways, including valuable mono-, di-, sesqui-, tri-, and tetra-terpenoid synthetic routes in foxglove, millet, crocus, and other plant species. Progress from the proposed work will advance fundamental knowledge regarding how plants synthesize medicinally important or biologically active terpenoids. It will also transform the biomanufacturing of plant-based medicines for renewable and cost-effective production.

除了日常生活中的患病率外，许多植物萜类化合物还具有挽救生命的药物应用 各种人类疾病。尽管具有明显的药物意义，但尚不清楚植物如何合成 大多数植物ter骨。这种知识差距使我们无法开发更好的方法来访问萜类化合物 由于药用萜类化合物是从具有微不足道的植物中提取的。该研究计划旨在 加速鉴定植物萜类化合物合成途径并改善植物萜类化合物的产生 在微生物中。微生物中的植物萜类化合物是一种更具成本效益的方法，因为它可以显着 提高萜类化合物的生产率并缩短生产时间。我们开发了一个能够 并联多个植物萜类途径的高通量表征。这个工作流程结合了 基因组挖掘，转录组分析，代谢组学和萜类途径的生化测定 阐明，然后在高细胞萜类化合物生产的工程微生物中进行了途径重建。我们的 工作流程是独一无二的，因为它包括植物基因组中的基因簇，作为发现新颖的未开发的来源 植物生物合成途径。我们工作流程的另一个独特功能是我们使用高度工程的酵母 作为生产植物专用萜类化合物的平台的劳累。这种高产的平台应变设置了舞台 为了产生> 80,000个萜类化合物中的任何一个和无限数量的萜类似的生产。在这个 研究计划，我们将将此工作流程应用于破译多个植物萜类途径，包括宝贵的途径 Foxglove，Millet，Crocus和其他植物物种中的单，DI-，sesqui，三 - 特雷 - 特拉 - 特拉 - 特拉 - 特拉 - 特拉 - 特拉 - 特拉 - 特拉 - 特拉 - 特拉 - 特拉 - 特拉 - 特拉 - 特拉 - 特拉 - 特拉 - 特拉 - 特拉 - 特拉 - 特拉 - 特拉 - 特拉 - 特拉 - 特拉 - 特拉 - 特拉 - 特拉 - 特雷 - 特拉 - 特雷 - 特雷 - 特拉 - 特拉 - 特拉 - 特雷 - 特雷 - 特雷 - 特雷 - 特拉 - 特拉 - 特拉 - 特雷 - 特雷 - 特雷 - 特拉 - 特拉 - 特雷 - 特拉 - 特雷 - 特雷 - 特雷 - 特拉 - 特拉 - 特雷 - 特拉 - 特拉 - 特拉 - 特拉 - 特拉 - 特雷 - 特拉 - 特拉 - 特拉 - 特雷型合成路线。 拟议工作的进步将提高有关植物如何合成的基本知识 药物重要或具有生物活性的萜类化合物。它还将改变基于植物的生物制造 可再生和成本效益的药物。