氮消耗旁路诱发产油酵母利用生物质原料过量积累油脂的响应机制研究

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项目介绍
AI项目解读

基本信息

  • 批准号:
    51608400
  • 项目类别:
    青年科学基金项目
  • 资助金额:
    20.0万
  • 负责人:
  • 依托单位:
  • 学科分类:
    E1006.固废资源转化与安全处置
  • 结题年份:
    2019
  • 批准年份:
    2016
  • 项目状态:
    已结题
  • 起止时间:
    2017-01-01 至2019-12-31

项目摘要

Nitrogen limitation is currently the most effective and frequently used strategy in triggering lipid biosynthesis by oleaginous yeasts. However, lignocellulosic biomass naturally contains high levels of nitrogenous components. Removing excess nitrogen is both key to and the bottleneck of microbial lipid overproduction from these nitrogen-rich substrates. To circumvent this issue, here we strive to present a novel idea of boosting yeast lipogenesis by introducing and regulating a bypass pathway of nitrogen consumption. Specifically, exogenous cellulase genes will be introduced into the genome of Yarrowia lipolytica so that the recombinant yeast can rationally consume nitrogen, turning the detrimental nitrogen into treasure and boosting lipid biosynthesis under nitrogen-rich conditions. Then, the relationship between the bypass nitrogen consumption rate and lipid content or lipid coefficient will be investigated. The response diversities between the nitrogen consumed and nitrogen-limited conditions will be illuminated by meticulous bioinformatics analysis of their transcriptomics data and proteomics data. A biological model of the yeast lipogenesis induced by bypass pathway of nitrogen consumption will be raised accordingly. Finally, the functions of key relevant genes will be confirmed by biological tests such as gene overexpression, gene knockout and RT-qPCR, offering deepened understanding of the molecular mechanism. Successful execution of this project will reveal the mechanism of yeast lipogenesis induced by bypass pathway of nitrogen consumption, provide a new theory of lipid accumulation, lay out the theoretical foundation for genetic rewiring of oleaginous yeasts, and establish an innovative strategy for microbial lipid overproduction from lignocellulosic biomass.
氮限制是当前诱发产油酵母过量积累油脂最有效、最常用的策略。然而,天然生物质原料氮含量高,过量氮源的移除是这类富氮原料高产酵母油脂的关键和瓶颈。本项目拟提出一种引入氮消耗旁路调控的新理念,构建过表达外源蛋白(纤维素酶)的解脂耶氏酵母Yarrowia lipolytica重组菌株,将过量氮源变害为宝,同时实现非限氮培养条件下酵母胞内油脂的过量积累。通过探讨产油酵母氮调控率与油脂含量/油脂得率关系的规律,分析产油酵母应答氮消耗旁路和氮限制的基因表达和蛋白质组的异同,结合生物信息学分析,提出氮消耗旁路诱发酵母过量积累油脂的生物学模型。通过基因过表达、基因敲除和RT-qPCR等分子生物学手段,解析关键响应基因的功能,完善相应分子机制。本项目将揭示氮消耗旁路诱发酵母积累油脂的机制,形成强化微生物油脂积累的新理论。项目成果将为理性改造产油酵母提供理论基础,为生物质资源高效转化制备微生物油脂提供新的策略。

结项摘要

氮限制是当前诱发产油酵母过量积累油脂最有效、最常用的策略。然而,天然生物质原料氮含量高,过量氮源的移除是这类高含氮原料高产酵母油脂的关键和瓶颈。基于以上问题,本项目提出了一种引入氮消耗旁路调控的理念,围绕以下几个方面内容展开研究:一、成功构建了系列过表达纤维素酶的解脂耶氏酵母Yarrowia lipolytica工程菌,考察了酶种类、启动子、基因拷贝数、诱导性碳源、表面活性剂添加对外源蛋白表达的影响,外源蛋白浓度最高可达155 mg/L,相当于额外消耗氮24.8 mg/L;二、在富氮和限氮培养基中,分析了系列工程菌株氮调控率和油脂生产能力关系规律,由于工程产油酵母外源蛋白表达量有限,针对氮源丰富的培养基,氮调控率很低,效果不明显,对于氮源较缺乏的条件,其调控效果显著;三、开展了工程菌株和出发菌株氮源相对受限条件下的差异转录组研究,初步探讨了引入氮消耗旁路促进产油酵母过量积累油脂的响应机制;四、测试了Y. lipolytica工程菌株统合生物加工性能,以无定形纤维素为碳源,纤维素利用率达到52.2%,油脂量达1.88 g/L;五、基于过表达外源蛋白对高含氮的生物质原料氮调控有限、油脂增量有限,项目开发了一种新颖的碱性有机溶剂预处理生物质的方法,显著提高了生物质的酶可及性的同时,减少了生物质中无效氮源蛋白质的降解。通过耦合氮消耗旁路调控,Y. lipolytica工程菌利用该预处理的秸秆酶水解液进行油脂发酵,其油脂量和油脂含量分别提高了8.8%和10.5%;六、氮消耗旁路调控理念在其它产油酵母中的拓展应用,Cryptococcus curvatus和Lipomyces starkeyi可诱导表达糖苷酶/淀粉酶,通过诱发外源蛋白的表达,在降低酶成本的同时,提高了油脂产量。本项目建立了基于外源蛋白过表达新理念的、非限氮生物质原料高效转化制备微生物油脂的新方法,形成了非限氮原料高产酵母油脂的新理论。项目成果将为生物质资源高效转化制备微生物油脂提供新的策略。

项目成果

期刊论文数量(6)
专著数量(0)
科研奖励数量(0)
会议论文数量(0)
专利数量(2)
Feasibility of Lipid Production from Waste Paper by the Oleaginous Yeast Cryptococcus curvatus
产油酵母弯曲隐球菌利用废纸生产脂质的可行性
  • DOI:
    10.15376/biores.12.3.5249-5263
  • 发表时间:
    2017-06
  • 期刊:
    BioResources
  • 影响因子:
    1.5
  • 作者:
    Zhou Wenting;Gong Zhiwei;Zhang Linfang;Liu Yi;Yan Jiabao;Zhao Mi
  • 通讯作者:
    Zhao Mi
Fed-batch enzymatic hydrolysis of alkaline organosolv-pretreated corn stover facilitating high concentrations and yields of fermentable sugars for microbial lipid production
碱性有机溶剂预处理的玉米秸秆的分批补料酶水解促进可发酵糖的高浓度和产量,用于微生物脂质生产
  • DOI:
    10.1186/s13068-019-1639-9
  • 发表时间:
    2020-01
  • 期刊:
    Biotechnology for Biofuels
  • 影响因子:
    6.3
  • 作者:
    Gong Zhiwei;Wang Xuemin;Yuan Wei;Wang Yanan;Zhou Wenting;Wang Guanghui;Liu Yi
  • 通讯作者:
    Liu Yi
Phosphate removal combined with acetate supplementation enhances lipid production from water hyacinth by Cutaneotrichosporon oleaginosum
去除磷酸盐并补充醋酸盐可提高油状皮毛孢菌从水葫芦中产生的脂质
  • DOI:
    10.1186/s13068-019-1491-y
  • 发表时间:
    2019-06
  • 期刊:
    Biotechnology for Biofuels
  • 影响因子:
    6.3
  • 作者:
    Zhou Wenting;Tang Mou;Zou Tao;Peng Na;Zhao Mi;Gong Zhiwei
  • 通讯作者:
    Gong Zhiwei
Deficiency of β-Glucosidase Beneficial for the Simultaneous Saccharification and Lipid Production by the Oleaginous Yeast Lipomyces starkeyi.
β-葡萄糖苷酶缺乏有利于产油酵母脂酵母同时糖化和脂质生产
  • DOI:
    10.1007/s12010-019-03129-4
  • 发表时间:
    2020
  • 期刊:
    Appl Biochem Biotechnol
  • 影响因子:
    --
  • 作者:
    Gou Qingling;Tang Mou;Wang Yanan;Zhou Wenting;Liu Yi;Gong Zhiwei
  • 通讯作者:
    Gong Zhiwei
A two-stage process facilitating microbial lipid production from N -acetylglucosamine by Cryptococcus curvatus cultured under non-sterile conditions
促进非无菌条件下培养的弯曲隐球菌从 N-乙酰氨基葡萄糖生产微生物脂质的两阶段过程
  • DOI:
    10.1016/j.biortech.2018.03.015
  • 发表时间:
    2018
  • 期刊:
    Bioresource Technology
  • 影响因子:
    11.4
  • 作者:
    Tang Mou;Zhou Wenting;Liu Yi;Yan Jiabao;Gong Zhiwei
  • 通讯作者:
    Gong Zhiwei

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其他文献

纤维素酶降解秸秆特性及其基因工程研究进展
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  • 作者:
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  • 发表时间:
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  • 通讯作者:
    龚志伟
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  • 通讯作者:
    刘任任

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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

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          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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