hetN and patS Mutations Enhance Accumulation of Fatty Alcohols in the hglT Mutants of Anabaena sp. PCC 7120
- 作者
- Heli Siti Halimatul Munawaroh, Egi Tritya Apdila, Koichiro Awai
- 单位
- Universitas Pendidikan Indonesia; Graduate School of Science and Technology, Shizuoka University; Research Institute of Electronics, Shizuoka University; Department of Biological Science, Faculty of Science, Shizuoka University
- 杂志
- Frontiers in Plant Science（2020）
- DOI
- 10.3389/fpls.2020.00804
- 所属领域
- 代谢工程
- 关键词
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解决的核心问题
提高蓝藻中脂肪醇的积累量。异形胞特异性糖脂（Hgl）的合成前体为脂肪醇，但通常积累量低，通过增加异形胞频率和阻断糖脂合成来增强脂肪醇积累。
研究策略
在鱼腥藻PCC 7120中依次敲除异形胞分化抑制因子基因hetN和patS以增加异形胞频率，再结合hglT基因敲除（阻断糖脂合成，使前体脂肪醇积累），构建hetN/patS/hglT三突变体；同时优化培养条件（通气）进一步提高脂肪醇产量。
核心内容
该研究以鱼腥藻PCC 7120为对象，通过基因敲除策略提高脂肪醇积累量。研究依次敲除异形胞分化抑制因子基因hetN和patS以提升异形胞频率，再结合阻断糖脂合成的hglT基因敲除，构建hetN/patS/hglT三突变体，并通过优化通气条件进一步提高产量。结果显示，hetN/patS双突变体在氮饥饿48小时后异形胞频率达27.2%，约为野生型的3.5倍；三突变体在72小时后频率为30.3%，显著高于野生型的10.8%和hglT单突变体的12.0%。旋转培养下三突变体脂肪醇产量为1.41 nmol/mL OD730，约为野生型Hgl积累量的157%；通气培养后产量提升至2.97 nmol/mL OD730，为旋转培养的两倍以上。光合活性在低光强下降低约5倍，但nifH转录水平无显著差异。该策略通过增加异形胞频率与阻断糖脂合成协同作用，有效提升了脂肪醇产量，为光合固氮驱动的脂肪醇生产提供了可行途径。
创新点
['首次构建了鱼腥藻PCC 7120的hetN/patS/hglT三基因敲除突变体', '利用异形胞频率增加显著提升了脂肪醇积累量', '发现通气培养可大幅度提高脂肪醇产量']
研究对象（4）
| 底盘细胞 | 代谢通路 | 基因 | 蛋白 | 功能 | 说明 |
|---|---|---|---|---|---|
| Anabaena sp. PCC 7120 | 异形胞分化调控 | hetN | HetN | 调控 | 异形胞分化抑制因子，维持异形胞形成模式 |
| Anabaena sp. PCC 7120 | 异形胞分化调控 | patS | PatS | 调控 | 异形胞分化抑制因子，通过RGSGR五肽抑制HetR活性 |
| Anabaena sp. PCC 7120 | 异形胞特异性糖脂合成 | hglT | HglT | 催化 | 糖基转移酶，催化Hgl合成最后一步，敲除后导致脂肪醇积累 |
| Anabaena sp. PCC 7120 | 氮固定 | nifH | NifH | 催化 | 固氮酶亚基编码基因，用于检测异形胞功能 |
关键发现
- hetN/patS双突变体在氮饥饿48 h后异形胞频率为27.2%，约为野生型的3.5倍
- hetN/patS/hglT三突变体在72 h后异形胞频率为30.3%，而野生型为10.8%、hglT单突变体为12.0%
- 旋转培养下三突变体脂肪醇产量为1.41 nmol/mL OD730，约为野生型Hgl积累量（0.90 nmol/mL OD730）的157%
- 通气培养后三突变体脂肪醇产量达2.97 nmol/mL OD730，是旋转培养的两倍以上
- 低光强（30-60 μmol photons/mg Chl/h）下突变体光合活性降低约5倍，中高光强下降约1.2倍
- nifH转录水平在三株中无明显差异。
研究结论
通过敲除hetN和patS增加异形胞频率，并结合hglT敲除阻断糖脂合成，可显著提高鱼腥藻中脂肪醇的积累；通气培养能进一步增强产量。该策略为利用光合固氮驱动的脂肪醇生产提供了新的可行途径。