枯草芽孢杆菌氧化还原感应全局调控因子Rex对乙偶姻合成的影响
发布时间：2021-03-02 20:16
【背景】枯草芽孢杆菌体内含有一种可响应胞内氧化还原水平的因子,称之为氧化还原感应全局调控因子Rex （由基因ydiH编码）。Rex可通过感知辅酶NADH/NAD+水平的变化来调节胞内氧化还原平衡。【目的】研究Rex对枯草芽孢杆菌乙偶姻合成和辅因子代谢的相关性。【方法】利用比较转录组挖掘乙偶姻和2,3-丁二醇可逆转化过程中显著差异的基因,并通过Cre/lox基因敲除技术敲除ydiH、acuA （乙酰AcsA）和acoC （二氢脂酰胺乙酰转移酶）。随后,利用实时荧光定量PCR （RT-qPCR）技术分析敲除菌株中乙偶姻相关基因的转录水平。【结果】通过发酵实验发现,敲除ydiH会在一定程度上抑制菌体的生长速率,但发酵前期乙偶姻单位细胞产量和底物转化率都得到了显著提高;敲除acuA和acoC后,对乙偶姻合成、菌体生长和糖耗速率均影响不大;敲除ydiH后,与乙偶姻合成相关基因alsR （alsSD的正转录调控因子）、alsS （α-乙酰乳酸合成酶）、alsD （α-乙酰乳酸脱羧酶）和bdhA （2,3-丁二醇脱氢酶）的转录水平显著上调。【结论】枯草芽孢杆菌氧化还原感应全局调控因子Rex通过抑制与...
【文章来源】：微生物学通报. 2020,47(11)北大核心
【文章页数】：10 页
【部分图文】：
枯草芽孢杆菌中乙偶姻的生物合成途径
通过对转录组学测序结果进行分析发现，B.subtilis 168胞内与乙偶姻合成以及辅酶NADH/NAD+和ADP/ATP合成相关的部分基因的转录水平在发酵前期和后期有比较明显的变化，如图2所示。发酵后期基因的转录水平和发酵前期相比，EMP途径中的gapB和pyk发生了明显的下调；TCA循环相关的基因中，mdh和pdhABCD发生了明显的上调；乙偶姻合成相关的基因中，alsR发生了下调，alsS和alsD发生了显著上调；乙偶姻降解相关的基因中，acuABC和acoABCL发生了明显的下调，bdhA和acoR发生了轻微上调。除此之外，氧化还原感应全局的调控因子编码基因ydiH的转录水平发生了轻微下调现象。通过NCBI检索发现，acuABC和acoABCLR分别为2个基因簇。研究表明其中的Acu A蛋白通过乙酰化残基Lys549控制枯草芽孢杆菌中乙酰辅酶A合成酶(Acs A)的活性[17]。然而acoC直接参与乙酰CoA的合成，与乙偶姻合成途径竞争消耗丙酮酸，如图1所示。结合以上的分析结果，我们决定深入研究ydiH、acuA和acoC这3个基因与乙偶姻合成之间的关联性。2.2 ydi H、acu A和aco C敲除菌株的构建
以往研究表明，Rex可通过NADH/NAD+比率的变化来感知胞内的氧化还原水平，并能够在不同比例NADH/NAD+条件下与DNA发生不同程度的结合，进而影响基因的表达[7]。因此，有必要研究敲除Rex编码基因后枯草芽孢杆菌合成乙偶姻的变化水平。除此之外，本研究还分别探究了acu A和aco C基因的缺失对乙偶姻合成的影响。敲除菌株构建成功后，摇瓶发酵96 h，发酵参数分析结果如图4所示。ydi H敲除菌耗糖速度明显降低，acu A和aco C敲除菌株的耗糖速率与原始菌株B.subtilis 168相比变化不大。发酵72 h,B.subtilis168、B.subtilis 168/Δacu A和B.subtilis 168/Δaco C菌株将发酵液中的葡萄糖完全耗尽，而B.subtilis168/Δydi H菌株发酵96 h才将葡萄糖完全耗尽。发酵前期，B.subtilis 168/Δydi H的菌体量增加缓慢，明显低于原始菌株，而acu A和aco C敲除菌株的菌体量与原始菌株相比变化不是很明显。由此可见，枯草芽孢杆菌中ydi H显著影响着菌体生长，而acu A和aco C并不是枯草芽孢杆菌生长所必需的。发酵72 h后，B.subtilis 168、B.subtilis 168/Δacu A和B.subtilis 168/Δaco C的菌体量急剧下降，菌体衰亡明显；而B.subtilis 168/Δydi H的菌体量下降缓慢，菌体衰亡不太明显。3株敲除菌株与原始菌株相比，acu A和aco C的敲除对乙偶姻产量影响不明显；ydi H的敲除在发酵前期对乙偶姻产量影响较大，在发酵后期无明显优势。总而言之，ydi H的敲除虽影响了菌体的生长速率，但乙偶姻的产量高于另外3株菌。
【参考文献】：
期刊论文
[1]乙偶姻合成研究现状及展望[J]. 张小舟,曾崇余,任晓乾. 江苏化工. 2001(02)
硕士论文
[1]地衣芽胞杆菌budC基因的功能及高产乙偶姻菌株构建[D]. 康艳方.华中农业大学 2013
[2]产乙偶姻枯草芽孢杆菌代谢工程改造的初步研究[D]. 王萌.天津大学 2012
本文编号：3059881
【文章来源】：微生物学通报. 2020,47(11)北大核心
【文章页数】：10 页
【部分图文】：
枯草芽孢杆菌中乙偶姻的生物合成途径
通过对转录组学测序结果进行分析发现，B.subtilis 168胞内与乙偶姻合成以及辅酶NADH/NAD+和ADP/ATP合成相关的部分基因的转录水平在发酵前期和后期有比较明显的变化，如图2所示。发酵后期基因的转录水平和发酵前期相比，EMP途径中的gapB和pyk发生了明显的下调；TCA循环相关的基因中，mdh和pdhABCD发生了明显的上调；乙偶姻合成相关的基因中，alsR发生了下调，alsS和alsD发生了显著上调；乙偶姻降解相关的基因中，acuABC和acoABCL发生了明显的下调，bdhA和acoR发生了轻微上调。除此之外，氧化还原感应全局的调控因子编码基因ydiH的转录水平发生了轻微下调现象。通过NCBI检索发现，acuABC和acoABCLR分别为2个基因簇。研究表明其中的Acu A蛋白通过乙酰化残基Lys549控制枯草芽孢杆菌中乙酰辅酶A合成酶(Acs A)的活性[17]。然而acoC直接参与乙酰CoA的合成，与乙偶姻合成途径竞争消耗丙酮酸，如图1所示。结合以上的分析结果，我们决定深入研究ydiH、acuA和acoC这3个基因与乙偶姻合成之间的关联性。2.2 ydi H、acu A和aco C敲除菌株的构建
以往研究表明，Rex可通过NADH/NAD+比率的变化来感知胞内的氧化还原水平，并能够在不同比例NADH/NAD+条件下与DNA发生不同程度的结合，进而影响基因的表达[7]。因此，有必要研究敲除Rex编码基因后枯草芽孢杆菌合成乙偶姻的变化水平。除此之外，本研究还分别探究了acu A和aco C基因的缺失对乙偶姻合成的影响。敲除菌株构建成功后，摇瓶发酵96 h，发酵参数分析结果如图4所示。ydi H敲除菌耗糖速度明显降低，acu A和aco C敲除菌株的耗糖速率与原始菌株B.subtilis 168相比变化不大。发酵72 h,B.subtilis168、B.subtilis 168/Δacu A和B.subtilis 168/Δaco C菌株将发酵液中的葡萄糖完全耗尽，而B.subtilis168/Δydi H菌株发酵96 h才将葡萄糖完全耗尽。发酵前期，B.subtilis 168/Δydi H的菌体量增加缓慢，明显低于原始菌株，而acu A和aco C敲除菌株的菌体量与原始菌株相比变化不是很明显。由此可见，枯草芽孢杆菌中ydi H显著影响着菌体生长，而acu A和aco C并不是枯草芽孢杆菌生长所必需的。发酵72 h后，B.subtilis 168、B.subtilis 168/Δacu A和B.subtilis 168/Δaco C的菌体量急剧下降，菌体衰亡明显；而B.subtilis 168/Δydi H的菌体量下降缓慢，菌体衰亡不太明显。3株敲除菌株与原始菌株相比，acu A和aco C的敲除对乙偶姻产量影响不明显；ydi H的敲除在发酵前期对乙偶姻产量影响较大，在发酵后期无明显优势。总而言之，ydi H的敲除虽影响了菌体的生长速率，但乙偶姻的产量高于另外3株菌。
【参考文献】：
期刊论文
[1]乙偶姻合成研究现状及展望[J]. 张小舟,曾崇余,任晓乾. 江苏化工. 2001(02)
硕士论文
[1]地衣芽胞杆菌budC基因的功能及高产乙偶姻菌株构建[D]. 康艳方.华中农业大学 2013
[2]产乙偶姻枯草芽孢杆菌代谢工程改造的初步研究[D]. 王萌.天津大学 2012
本文编号：3059881
本文链接：https://www.wllwen.com/projectlw/swxlw/3059881.html
教材专著
