外源β-胡萝卜素基因表达对酿酒酵母甲羟戊酸途径中关键酶的影响

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AI项目解读

基本信息

  • 批准号：
    31000811
  • 项目类别：
    青年科学基金项目
  • 资助金额：
    20.0万
  • 负责人：
    燕国梁
  • 依托单位：
    中国农业大学
  • 学科分类：
    C2003.食品微生物学
  • 结题年份：
    2013
  • 批准年份：
    2010
  • 项目状态：
    已结题
  • 起止时间：
    2011-01-01 至2013-12-31

项目摘要

以酿酒酵母Saccharomyces cerevisiae CEN.PK102-3A（MATa ura3,leu2）和CEN.PK113-7D(MATa)为原始菌，采用改变基因拷贝数的方法构建不同合成水平的β-胡萝卜素重组菌株，在分批和连续培养条件下，研究各菌株甲羟戊酸途径中关键酶的表达、活性以及相关代谢产物合成水平的变化规律，分析其差异，以期揭示外源β-胡萝卜素基因表达条件下微生物甲羟戊酸途径的代谢调控规律和机制，发现影响β-胡萝卜素合成的关键因素。本研究对于阐明微生物细胞调控类胡萝卜素物质合成的机制，加深对甲羟戊酸途径调控本质的认识将具有重要的学术意义和应用价值。同时，本课题的研究结果也可为利用微生物细胞合成其它类异戊二烯产物的研究提供有益的借鉴。

结项摘要

课题组通过改变β-胡萝卜素基因拷贝数获得了多株β-胡萝卜素合成水平差异的菌株，并利用代谢工程的策略进一步提高了其合成水平, 已经获得了多株代谢差异显著的重组菌株（17株），最高和最低β-胡萝卜素水平相差7.6倍。但同时发现，随着产物水平的提高，细胞生长受到的抑制作用逐渐增强。.（1）ERG20基因是关键酶基因，其表达水平随着目的产物合成水平的增加而提高；.（2）通过基因调控显著提高β-胡萝卜素合成水平：1）增加β-胡萝卜素基因拷贝数能够显著提高β-胡萝卜素合成水平，同时增加麦角固醇水平。随着产物水平增加，各个关键酶表达水平都有不同程度的提高，但细胞生长受到的抑制作用增加；过量表达关键酶基因HMG1或ERG20能够提高β-胡萝卜素水平，但高表达ERG20基因对细胞生长的抑制作用更加强烈；2）过量表达HMG1基因，同时抑制麦角固醇合成，以及利用甲羟戊酸途径代谢活跃的工业葡萄酒酵母菌作为宿主菌，能够显著提高β-胡萝卜素水平；.（3）利用发酵条件优化技术提高β-胡萝卜素合成水平：调控pH和温度将β-胡萝卜素产率提高到50.4 mg/L，据申请人所知，这是目前报道的利用酿酒酵母作为宿主菌合成β-胡萝卜素的最高水平;.（4）在项目实施过程中，建立了完善的代谢产物检测技术，包括糖代谢产物、类胡萝卜素、麦角固醇、乙酰辅酶A等物质；.（5）通过基因敲除研究重组菌在环境胁迫条件下的代谢变化：利用loxp-Kanmx4-loxp基因敲除法，敲除了编码过氧化氢酶的基因CTT1，研究β-胡萝卜素和抗氧化物酶在抵抗过氧化氢胁迫中的不同作用;.（6）建立了高效的类胡萝卜素高产重组菌快速筛选技术。通过平板初筛和摇瓶培养复筛可以快速、准确的筛选到细胞生长和β-胡萝卜素合成水平显著差异的菌株。. 根据已经得到的结果，我们认为，对于甲羟戊酸途径的调控，多基因协同调控更加有效，因为调控单个关键酶虽然能够提高产物水平，但由于中间产物的积累（其具有毒性），细胞生长都受到不同程度抑制。因此，下一步的工作主要是对各个关键酶进行协同精细调控，以避免中间代谢产物的积累，进一步提高类胡萝卜素物质的合成水平，从而阐明微生物细胞调控类胡萝卜素合成的分子机制。

项目成果

期刊论文数量（5）
专著数量（0）
科研奖励数量（0）
会议论文数量（0）
专利数量（0）
Enhanced Production of beta-Carotene by Recombinant Industrial Wine Yeast Using Grape Juice as Substrate
以葡萄汁为底物的重组工业酿酒酵母提高 β-胡萝卜素的产量
  • DOI：
    --
  • 发表时间：
    2012
  • 期刊：
    Current Microbiology
  • 影响因子：
    2.6
  • 作者：
    Guoliang Yan;Hengyu Liang;Changqing Duan;Beizhong Han
  • 通讯作者：
    Beizhong Han
Enhancement of -carotene production by over-expression of HMG-CoA reductase coupled with addition of ergosterol biosynthesis inhibitors in recombinant Saccharomyces cerevisiae
增强
  • DOI：
    --
  • 发表时间：
    2012
  • 期刊：
    Current Microbiology
  • 影响因子：
    2.6
  • 作者：
    Guoliang Yan;Kerui Wen;Changqing Duan
  • 通讯作者：
    Changqing Duan
Important Role of Catalase in the Production of beta-carotene by Recombinant Saccharomyces cerevisiae under H2O2 Stress
过氧化氢酶在 H2O2 胁迫下重组酿酒酵母生产 β-胡萝卜素中的重要作用
  • DOI：
    --
  • 发表时间：
    2011
  • 期刊：
    Current Microbiology
  • 影响因子：
    2.6
  • 作者：
    Yan, Guo-liang;Liang, Heng-yu;Wang, Zhi-qun;Yang, Xiao-fan;Liu, Dan;Liu, Jin-fu;Duan, Chang-qing
  • 通讯作者：
    Duan, Chang-qing
A pH control strategy for increased β-carotene production during batch fermentation by recombinant industrial wine yeast
重组工业葡萄酒酵母批量发酵过程中增加 β-胡萝卜素产量的 pH 控制策略
  • DOI：
    10.1016/j.procbio.2013.01.005
  • 发表时间：
    2013-02-01
  • 期刊：
    PROCESS BIOCHEMISTRY
  • 影响因子：
    4.4
  • 作者：
    Luo, Huanhua;Niu, Yuyu;Yan, Guoliang
  • 通讯作者：
    Yan, Guoliang
分阶段温度控制策略提高重组葡萄酒酵母合成β-胡萝卜素的研究
  • DOI：
    --
  • 发表时间：
    2012
  • 期刊：
    中国酿造
  • 影响因子：
    --
  • 作者：
    雒焕华;苏海佳;燕国梁;LUO Huanhua1,SU Haijia1,YAN Guoliang2(1.College of;2.College of Food Science;Nutrition Engineerin
  • 通讯作者：
    Nutrition Engineerin

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其他文献

Bacillus sp. F26 产过氧化氢酶
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  • 发表时间：
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  • 影响因子：
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  • 作者：
    华兆哲;燕国梁;堵国成;陈坚
  • 通讯作者：
    陈坚
不同活性氧胁迫下Bacillus sp F2
  • DOI：
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  • 发表时间：
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  • 期刊：
    生物工程学报（已录用）CSCD收录
  • 影响因子：
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  • 作者：
    燕国梁;华兆哲;堵国成;陈坚
  • 通讯作者：
    陈坚

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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

        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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