丹麥科學家通過調控轉錄因子GntR1和RamA提高谷氨酸棒桿菌的生長和中心碳代謝

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來源：科技部

2018-12-22

適應性進化技術是目前備受矚目的菌種改良技術，該技術能夠有效的增強菌株的某種表型或者生理性狀，并且該育種技術會保留菌株原有的優(yōu)良性狀，不會出現(xiàn)基因工程育種技術造成的生長限制。

為了探究控制谷氨酸棒桿菌的生長和碳水化合物代謝的關鍵調控因子，研究人員在葡萄糖的基礎培養(yǎng)基中對野生型的谷氨酸棒桿菌（C. glutamicum ATCC 13032）進行了長達1500代的適應性進化。在馴化菌株中分離獲得了一株優(yōu)良菌株G15H，該菌株的生長速率比野生型菌株提高了42%，是迄今為止報道的水平（0.62 h-1）。

為了考察G15H菌株與野生型菌株在基因水平上的表達差異，研究者對其進行了全基因組測序。結果表明在不同時期的馴化菌株中，多個基因發(fā)生了變化。其中，在轉錄因子GntR1表達中，70位的賴氨酸替換成了谷氨酸。在轉錄因子RamA表達中色氨酸替換了52位的丙氨酸。為了考察關鍵基因的變化對谷氨酸棒桿菌的影響，研究者將這種關鍵突變人為的移植到野生型菌株中，結果只有ramA的突變株產生變化，在生長速率上提高了20%。在敲除GGPS的基礎下，ramA突變株和gntR1突變株的生長都得到了明顯的改善，并且這兩個效果是相加的。因此研究者同時敲入這兩個突變基因，結果發(fā)現(xiàn)獲得的菌株DKI的生長速率達到了馴化菌株的水平（0.62 h-1）。

但是進一步研究發(fā)現(xiàn)，谷氨酸棒桿菌的生長改善并不是因為ramA和gntR1基因的失活導致的。為了考察這個現(xiàn)象，研究者從整個中心碳代謝上尋找關鍵信息，結果發(fā)現(xiàn)馴化菌株G15H和DKI菌株的磷酸戊糖代謝途徑的基因都被明顯上調，其中編碼葡萄糖酸通透酶（gntP）及葡萄糖酸激酶(gntK)的基因被分別上調了9倍和20倍。此外，發(fā)現(xiàn)G15H和DKI菌株的ATP/ADP的比值比野生菌株提高了25%。

有趣的是，獲得的菌株G15H和DKI不僅在葡萄糖培養(yǎng)基中具有高是生長速率，在果糖，木糖和蔗糖中也表現(xiàn)了較好的生長性能。并且該菌株還可以改善靜息細胞在厭氧條件下是生長性能，糖耗速率能達到30%。該成果近期發(fā)表在雜志《Metabolic Engineering》上。

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