卷枝毛霉脂肪酶及其调控脂质代谢的机制
发布时间：2021-07-17 18:33
产油微生物可以合成大量甘油三酯（占细胞干重20-80%,w/w）。其中丝状真菌和微藻可以合成长链多不饱和脂肪酸,这些具有生物活性的脂肪酸是重要的营养食品资源。其他产油微生物,如酵母,合成的常见脂肪酸可以转化成生物柴油,是化石能源的重要替代品。产油丝状真菌卷枝毛霉,因其高产γ-亚麻酸而备受关注。大量研究从基因组、蛋白组、代谢流分布和关键酶活性方面报道了卷枝毛霉的脂质积累机制,并证明了定位于细胞溶胶中的NADP+依赖的苹果酸酶和磷酸戊糖途径是其脂肪酸合成NADPH的主要来源。但是,目前对于卷枝毛霉脂质分解代谢的研究,尤其是调控脂质分解代谢的脂肪酶,仍是空白。本论文通过基因注释和多种生物信息学工具系统研究了卷枝毛霉高产脂菌株WJ11和低产脂菌株CBS 277.49中脂肪酶的基因特性;结合转录分析找出四个关键脂肪酶基因,通过基因过表达初步研究了它们的功能;通过定点突变和酶活分析研究了脂肪酶Lip6和Lip10在脂质代谢中的双重角色;还研究了卷枝毛霉在不同葡萄糖-油脂混合培养基中脂质积累和脂肪酶活性的情况。本文主要研究内容和实验结果如下:通过分析卷枝毛霉高产脂菌株WJ11和...
【文章来源】：江南大学江苏省 211工程院校 教育部直属院校
【文章页数】：107 页
【学位级别】：博士
【部分图文】：
产油真菌卷枝毛霉CBS277.49（A）和WJ11（B）的脂滴照片
（GenBank accession LGTF00000000），预测了 10973 个基因模型（平均长度为 1607 bp）通过与美国联合基因研究所（Joint Genome Institute，JGI）测序完成的卷枝毛霉 CB277.49（油脂含量占细胞干重 15%）的全基因组进行比对[40]，初步绘制了卷枝毛霉脂质合成的相关代谢网络（图 1-2）。对于产油真菌卷枝毛霉而言，氮源耗尽后胞内腺苷一磷酸脱氨酶（AMPD）活性上升，腺苷一磷酸（AMP）浓度降低，造成活性依赖于 AM的线粒体内 NAD+-依赖型异柠檬酸脱氢酶（NAD+-isocitrate dehydrogenase, NAD+:ICDH活性降低[40]，引起线粒体内异柠檬酸积累，大量异柠檬酸转化成柠檬酸，进而导致柠檬酸积累。柠檬酸通过三羧酸（柠檬酸）转运体转出线粒体，在细胞溶胶内被 ATP:柠檬酸裂解酶（ATP:citrate lyase，ACL）裂解，产生脂肪酸合成底物-乙酰辅酶 A[41-44]。除了乙酰-CoA，脂肪酸合成还需要大量的 NADPH。乙酰-CoA 与 NADPH 在乙酰辅酶 A 羧化酶和脂肪酸合成酶（Fatty acid synthase，FAS）的催化作用下可以合成不同长度的脂肪酸，直到棕榈酸（Palmitic acid，PA，16:0）。PA 在脂肪酸延长酶（ELOVL）的催化作用下进一步延长生成硬脂酸（Stearic acid，SA，18:0），再经过△9 脱饱和酶、△12 脱饱和酶和△6 脱饱和酶，分别形成油酸（Oleic acid，OA，18:1）、亚油酸（Linoleic acidLA，18:2）和 GLA。
多形汉森酵母（Hansenula polymorpha）中异源表达产油真菌鲁氏毛霉（Mucor rCC 基因，使其脂质含量提高了 40%。Tai 等人[40, 49]在耶氏解脂酵母中过表达，使其脂质含量提高了 2 倍。由此可见，增强 ACC 的活性也可以促进脂肪酸柠檬酸是合成乙酰辅酶 A 的前体，线粒体内柠檬酸转运到细胞溶胶中的同时需从细胞溶胶中转入线粒体。最近，我们研究中心对比了低产脂卷枝毛霉 CBS 产脂高山被孢霉（脂质含量占细胞干重的 50%）的基因组，发现卷枝毛霉的线一个高山被孢霉中不存在的苹果酸转运体[50]。据此，我们推测这个苹果酸转运控卷枝毛霉脂质积累。通过敲除及过表达该基因构建重组菌株，对卷枝毛霉苹体与脂质积累相关性进行了初步研究。过表达苹果酸转运体的重组菌株的总脂提高了 70%，而敲除苹果酸转运体菌株的总脂肪酸含量降低了 27%，且过表达的胞外苹果酸含量降低了 64%，而敲除菌株的胞外苹果酸含量相应提高了 62果表明，卷枝毛霉苹果酸转运体能将细胞溶胶中的苹果酸转运至线粒体。因此加线粒体内柠檬酸合成前体，以及促进柠檬酸转运效率的方式，可能会促进脂成（图 1-3）[51]。
【参考文献】：
期刊论文
[1]α-亚麻酸和γ-亚麻酸对高脂血症人群的降血脂作用[J]. 戴毅,闫慧慧,王枫. 现代生物医学进展. 2009(23)
[2]产油微生物的研究及其应用[J]. 易绍金,郑义平. 中外能源. 2006(02)
[3]产油微生物油脂生物合成与代谢调控研究进展[J]. 刘波,孙艳,刘永红,赵宗保. 微生物学报. 2005(01)
博士论文
[1]卷枝毛霉脂质积累机制的碳代谢流分析及关键基因改造[D]. 赵利娜.江南大学 2016
[2]产油真菌卷枝毛霉WJ11高产脂质的分子机制[D]. 唐鑫.江南大学 2016
硕士论文
[1]木糖代谢在卷枝毛霉脂质积累中的作用机制[D]. 储林芳.江南大学 2017
[2]过表达脱饱和酶对卷枝毛霉γ-亚麻酸合成的影响[D]. 栾霄.江南大学 2015
本文编号：3288709
【文章来源】：江南大学江苏省 211工程院校 教育部直属院校
【文章页数】：107 页
【学位级别】：博士
【部分图文】：
产油真菌卷枝毛霉CBS277.49（A）和WJ11（B）的脂滴照片
（GenBank accession LGTF00000000），预测了 10973 个基因模型（平均长度为 1607 bp）通过与美国联合基因研究所（Joint Genome Institute，JGI）测序完成的卷枝毛霉 CB277.49（油脂含量占细胞干重 15%）的全基因组进行比对[40]，初步绘制了卷枝毛霉脂质合成的相关代谢网络（图 1-2）。对于产油真菌卷枝毛霉而言，氮源耗尽后胞内腺苷一磷酸脱氨酶（AMPD）活性上升，腺苷一磷酸（AMP）浓度降低，造成活性依赖于 AM的线粒体内 NAD+-依赖型异柠檬酸脱氢酶（NAD+-isocitrate dehydrogenase, NAD+:ICDH活性降低[40]，引起线粒体内异柠檬酸积累，大量异柠檬酸转化成柠檬酸，进而导致柠檬酸积累。柠檬酸通过三羧酸（柠檬酸）转运体转出线粒体，在细胞溶胶内被 ATP:柠檬酸裂解酶（ATP:citrate lyase，ACL）裂解，产生脂肪酸合成底物-乙酰辅酶 A[41-44]。除了乙酰-CoA，脂肪酸合成还需要大量的 NADPH。乙酰-CoA 与 NADPH 在乙酰辅酶 A 羧化酶和脂肪酸合成酶（Fatty acid synthase，FAS）的催化作用下可以合成不同长度的脂肪酸，直到棕榈酸（Palmitic acid，PA，16:0）。PA 在脂肪酸延长酶（ELOVL）的催化作用下进一步延长生成硬脂酸（Stearic acid，SA，18:0），再经过△9 脱饱和酶、△12 脱饱和酶和△6 脱饱和酶，分别形成油酸（Oleic acid，OA，18:1）、亚油酸（Linoleic acidLA，18:2）和 GLA。
多形汉森酵母（Hansenula polymorpha）中异源表达产油真菌鲁氏毛霉（Mucor rCC 基因，使其脂质含量提高了 40%。Tai 等人[40, 49]在耶氏解脂酵母中过表达，使其脂质含量提高了 2 倍。由此可见，增强 ACC 的活性也可以促进脂肪酸柠檬酸是合成乙酰辅酶 A 的前体，线粒体内柠檬酸转运到细胞溶胶中的同时需从细胞溶胶中转入线粒体。最近，我们研究中心对比了低产脂卷枝毛霉 CBS 产脂高山被孢霉（脂质含量占细胞干重的 50%）的基因组，发现卷枝毛霉的线一个高山被孢霉中不存在的苹果酸转运体[50]。据此，我们推测这个苹果酸转运控卷枝毛霉脂质积累。通过敲除及过表达该基因构建重组菌株，对卷枝毛霉苹体与脂质积累相关性进行了初步研究。过表达苹果酸转运体的重组菌株的总脂提高了 70%，而敲除苹果酸转运体菌株的总脂肪酸含量降低了 27%，且过表达的胞外苹果酸含量降低了 64%，而敲除菌株的胞外苹果酸含量相应提高了 62果表明，卷枝毛霉苹果酸转运体能将细胞溶胶中的苹果酸转运至线粒体。因此加线粒体内柠檬酸合成前体，以及促进柠檬酸转运效率的方式，可能会促进脂成（图 1-3）[51]。
【参考文献】：
期刊论文
[1]α-亚麻酸和γ-亚麻酸对高脂血症人群的降血脂作用[J]. 戴毅,闫慧慧,王枫. 现代生物医学进展. 2009(23)
[2]产油微生物的研究及其应用[J]. 易绍金,郑义平. 中外能源. 2006(02)
[3]产油微生物油脂生物合成与代谢调控研究进展[J]. 刘波,孙艳,刘永红,赵宗保. 微生物学报. 2005(01)
博士论文
[1]卷枝毛霉脂质积累机制的碳代谢流分析及关键基因改造[D]. 赵利娜.江南大学 2016
[2]产油真菌卷枝毛霉WJ11高产脂质的分子机制[D]. 唐鑫.江南大学 2016
硕士论文
[1]木糖代谢在卷枝毛霉脂质积累中的作用机制[D]. 储林芳.江南大学 2017
[2]过表达脱饱和酶对卷枝毛霉γ-亚麻酸合成的影响[D]. 栾霄.江南大学 2015
本文编号：3288709
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