光滑球拟酵母能量代谢调控其环境适应性的生理机制

结题报告
项目介绍
AI项目解读

基本信息

  • 批准号:
    31270079
  • 项目类别:
    面上项目
  • 资助金额:
    80.0万
  • 负责人:
  • 依托单位:
  • 学科分类:
    C0103.微生物组学与代谢
  • 结题年份:
    2016
  • 批准年份:
    2012
  • 项目状态:
    已结题
  • 起止时间:
    2013-01-01 至2016-12-31

项目摘要

ATP is the global current in the industrial strain,and play vital role on the physiological function. Among them, it was found that a higher intracellular ATP content could enhance the tolerance of industrial strain to environmental stresses. However, the exploitation of microorganisms in the industrial biotechnology requires a comprehensive understanding of manipulation mechanism of energy metabolism on fitness. The availability of genome sequences and development of cell fluorescence allows gaining understanding of microbial physiology at the global level. In this project, a mutant Torulopsis glabrata INH1, which intracellular ATP concentration was efficient tunable control by copper ion inducible promoter MT-1, was used as research model. The effect of different ATP contents on T. glabrata INH1 intracellular micro-environment, the profiles of gene and protein expression were investigated by the combination of chemostatic culture and -omics technology. The up- and down-regulated transcriptome and proteome data was use to annotate of physiological function by GO annotation and the regulatory proteins which manipulation by ATP were identified. Based on the above results, the targeted genes were searched through ChIP-seq protocol and the physiological function was annotated. In order to elucidate the physiological role of the regulatory proteins and its targeted genes on the fitness of industrial stain, a serial of mutants which delete/over-expressed the corresponding genes were re-constructed. Furthermore, the physiological function of those corresponding genes was demonstrated by RT-PCR and physiological parameters. From the above results, the relationship of ATP content- regulatory protein- regulatory model - target gene and its function- microbial fitness was described. The mechanism presented here not only gain improved insight into yeast physiology, but may provide novel strategy to acquire the desired phenotype.
能量代谢是影响微生物生理功能的重要因素,提高胞内ATP含量能显著增强微生物对恶劣环境的适应能力。然而,能量代谢如何通过胞内微环境、转录调节因子调控环境适应性的生理机制尚缺乏全局性和机理性的认识。光滑球拟酵母是一种具有重要工业应用价值的假丝酵母,ATP含量显著影响其环境适应性。本项目以能精确调控胞内ATP水平的T. glabrata INH1突变菌株为研究模型,借助恒化培养、生理生化分析、组学技术、靶基因插入失活与过量表达等研究策略,从胞内微环境、转录调控蛋白、靶基因功能等三方面系统地研究胁迫环境下能量代谢对环境适应性的影响,从能量代谢-转录调控蛋白-调控模式-靶向功能模块-环境适应性的关联机制角度解析光滑球拟酵母能量代谢调控其环境适应性的生理机制。研究结果有助于增加对假丝类酵母发酵生理的理解,并为改进微生物环境适应性提高生物技术过程经济性提供理论基础,具有重要的理论和实践意义。

结项摘要

ATP是微生物细胞内重要的能源物质和重要辅因子,通过影响代谢网络、信号转导和物质转运,进而影响微生物细胞的生理功能。本项目在完成基因组规模辅因子代谢网络模型构建的基础上,发现ATP通过ATP-NAD、ATP-乙酰CoA、ATP-NADP(H)等交互作用而影响微生物生理代谢。将细胞内ATP水平降低65.5%、62.0%、48.4%,则使菌体干重分别降低了46.9%、44.2%和59.8%。结合转录组数据分析,鉴定已确定了受能量代谢调控的8 个中介体蛋白(Med 2、Med 3、Med5、Med 7、Med 8、Med 10、Med15、Med 33)和11个转录调控蛋白(如Asg1p、Hal9p、Crz1p等)。进一步通过转录组学数据发现,与出发菌株wt比较,菌株Cgmed3ABΔ脂肪酸延伸与合成基因发生下调,甘油磷脂合成过程中关键基因发生下调。导致 Cgmed3ABΔ 细胞内角鲨烯含量上升30 倍;羊毛甾醇、酵母甾醇、粪甾醇和麦角固醇分别降低了88%、88%、92%和82%;主要脂肪酸C16:0、C16:1、C18:0、C18:1 和C18:2 含量降低了55%、54%、29%、39%和41%。磷脂酰胆碱(PC)和磷脂酰乙醇胺(PE)分别降低60%和73%。这一组分变化导致突变菌株Cgmed3ABΔ 的细胞膜刚性降低12%、细胞膜质子泵H+-ATPase 活性降低了75%。在pH2.0 时突变菌株Cgcrz1Δ 细胞壁多糖β-葡聚糖、单不饱和脂肪酸C16:1 和C18:1 含量和UFA/SFA 比例下降23%、10%和30%和4.47 个单位。从而导致膜甾醇成分—角鲨烯、粪甾醇和麦角甾醇含量分别下降了70%、84%和30%,突变菌株Cgcrz1Δ 的总磷脂含量下降,磷脂酸 (PA)和磷脂酰肌醇 (PI) 含量分别下降了25%和23%,磷脂的不饱和度和碳链长度降低,在pH2.0 时,与出发菌株wt 相比,突变菌株Cgcrz1Δ 的细胞膜完整性、流动性和质子泵H+-ATPase 活力分别下降了45%、9%和52%。上述研究表明,能量通过中介体和转录因子调控膜细胞组分合成,从而影响膜刚性的生理机制。从而阐明了能量代谢-中介体(转录因子)-脂质代谢-细胞膜组分-细胞膜刚性-环境胁迫的生理机制。

项目成果

期刊论文数量(14)
专著数量(0)
科研奖励数量(2)
会议论文数量(0)
专利数量(0)
Engineering redox balance through cofactor systerms
通过辅因子系统工程氧化还原平衡
  • DOI:
    10.1016/j.tibtech.2014.04.003
  • 发表时间:
    2014-06-01
  • 期刊:
    TRENDS IN BIOTECHNOLOGY
  • 影响因子:
    17.3
  • 作者:
    Chen, Xiulai;Li, Shubo;Liu, Liming
  • 通讯作者:
    Liu, Liming
Metabolic engineering of Candida glabrata for diacetyl production.
光滑念珠菌生产双乙酰的代谢工程
  • DOI:
    10.1371/journal.pone.0089854
  • 发表时间:
    2014
  • 期刊:
    PloS one
  • 影响因子:
    3.7
  • 作者:
    Gao X;Xu N;Li S;Liu L
  • 通讯作者:
    Liu L
Fumaric Acid Production by Torulopsis glabrata: Engineering the Urea Cycle and the Purine Nucleotide Cycle
光滑球拟酵母生产富马酸:设计尿素循环和嘌呤核苷酸循环
  • DOI:
    10.1002/bit.25334
  • 发表时间:
    2015-01-01
  • 期刊:
    BIOTECHNOLOGY AND BIOENGINEERING
  • 影响因子:
    3.8
  • 作者:
    Chen, Xiulai;Wu, Jing;Liu, Liming
  • 通讯作者:
    Liu, Liming
Transcription factors Asg1p and Hal9p regulate pH homeostasis in Candida glabrata.
转录因子 Asg1p 和 Hal9p 调节光滑念珠菌的 pH 稳态
  • DOI:
    10.3389/fmicb.2015.00843
  • 发表时间:
    2015
  • 期刊:
    Frontiers in microbiology
  • 影响因子:
    5.2
  • 作者:
    Wu J;Chen X;Cai L;Tang L;Liu L
  • 通讯作者:
    Liu L
Enhancement of acetoin production in Candida glabrata by in silico-aided metabolic engineering.
通过硅辅助代谢工程提高光滑念珠菌中乙偶姻的产量
  • DOI:
    10.1186/1475-2859-13-55
  • 发表时间:
    2014-04-13
  • 期刊:
    Microbial cell factories
  • 影响因子:
    6.4
  • 作者:
    Li S;Gao X;Xu N;Liu L;Chen J
  • 通讯作者:
    Chen J

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其他文献

细胞寿命在大肠杆菌细胞工厂构建中的应用
  • DOI:
    10.13345/j.cjb.200430
  • 发表时间:
    2021
  • 期刊:
    生物工程学报
  • 影响因子:
    --
  • 作者:
    刘佳;郭亮;罗秋玲;陈修来;高聪;宋伟;刘立明
  • 通讯作者:
    刘立明
非对称十字形金属结构的太赫兹透射特性研究
  • DOI:
    --
  • 发表时间:
    --
  • 期刊:
    中国光学学会2011年学术大会摘要集
  • 影响因子:
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  • 作者:
    魏波;赵国忠;刘立明;张盛博
  • 通讯作者:
    张盛博
酿酒酵母生产羧酸的代谢工程策略
  • DOI:
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  • 发表时间:
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  • 期刊:
    微生物学报
  • 影响因子:
    --
  • 作者:
    徐国强;刘立明;陈坚;Guoqiang Xu1,2,Liming Liu1,2,Jian Chen1,2 1 State
  • 通讯作者:
    Guoqiang Xu1,2,Liming Liu1,2,Jian Chen1,2 1 State
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  • DOI:
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  • 发表时间:
    --
  • 期刊:
    过程工程学报
  • 影响因子:
    --
  • 作者:
    许晓鹏;陈坚;许庆龙;堵国成;刘立明;史仲平
  • 通讯作者:
    史仲平
光滑球拟酵母中α-酮戊二酸脱氢酶系生理作用解析
  • DOI:
    --
  • 发表时间:
    --
  • 期刊:
    微生物学报
  • 影响因子:
    --
  • 作者:
    陈坚;堵国成;刘立明;张旦旦
  • 通讯作者:
    张旦旦

其他文献

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AI技术路线图

刘立明的其他基金

固定二氧化碳生产苹果酸的大肠杆菌细胞工厂构建
  • 批准号:
  • 批准年份:
    2020
  • 资助金额:
    300 万元
  • 项目类别:
    重点项目
中介体亚基Med2p调控光滑球拟酵母耐受高渗胁迫的生理机制研究
  • 批准号:
  • 批准年份:
    2020
  • 资助金额:
    60 万元
  • 项目类别:
基于苹果酸生物合成途径改造的碳代谢流调控及其机制解析
  • 批准号:
    21676118
  • 批准年份:
    2016
  • 资助金额:
    75.0 万元
  • 项目类别:
    面上项目
光滑球拟酵母中胞质NADH代谢对其酵解途径的影响
  • 批准号:
    20706025
  • 批准年份:
    2007
  • 资助金额:
    17.0 万元
  • 项目类别:
    青年科学基金项目

相似国自然基金

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  • 批准号:
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相似海外基金

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  • 财政年份:
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AI项目解读示例

课题项目:调控A型流感病毒诱导IFN-β表达的机制研究

AI项目摘要:

本研究聚焦于TRIM2蛋白在A型流感病毒诱导的IFN-β表达中的调控机制。A型流感病毒是全球性健康问题,其感染可导致严重的呼吸道疾病。IFN-β作为关键的抗病毒因子,其表达水平对抗病毒防御至关重要。然而,TRIM2如何调控IFN-β的表达尚未明确。本研究假设TRIM2通过与病毒RNA或宿主因子相互作用,影响IFN-β的产生。我们将采用分子生物学、细胞生物学和免疫学方法,探索TRIM2与A型流感病毒诱导IFN-β表达的关系。预期结果将揭示TRIM2在抗病毒免疫反应中的作用,为开发新的抗病毒策略提供理论基础。该研究对理解宿主抗病毒机制具有重要科学意义,并可能对临床治疗流感病毒感染提供新的视角。

AI项目思路:

科学问题:TRIM2如何调控A型流感病毒诱导的IFN-β表达?
前期研究:已有研究表明TRIM2参与抗病毒反应,但其具体机制尚不明确。
研究创新点:本研究将深入探讨TRIM2在IFN-β表达中的直接作用机制。
技术路线:包括病毒学、分子生物学、细胞培养和免疫检测技术。
关键技术:TRIM2与病毒RNA的相互作用分析,IFN-β启动子活性检测。
实验模型:使用A型流感病毒感染的细胞模型进行研究。

AI技术路线图

        graph TD
          A[研究起始] --> B[文献回顾与假设提出]
          B --> C[实验设计与方法学准备]
          C --> D[A型流感病毒感染模型建立]
          D --> E[TRIM2与病毒RNA相互作用分析]
          E --> F[TRIM2对IFN-β启动子活性的影响]
          F --> G[IFN-β表达水平测定]
          G --> H[TRIM2功能丧失与获得研究]
          H --> I[数据收集与分析]
          I --> J[结果解释与科学验证]
          J --> K[研究结论与未来方向]
          K --> L[研究结束]
      
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