Overexpression of Two New Acyl-CoA:Diacylglycerol Acyltransferase 2-Like Acyl-CoA:Sterol Acyltransferases Enhanced Squalene Accumulation in Aurantiochytrium limacinum
- 作者
- E- Ming Rau, Zdenka Bartosova, Kare Andre Kristiansen, Inga Marie Aasen, Per Bruheim, Helga Ertesvag
- 单位
- Department of Biotechnology and Food Science, NTNU Norwegian University of Science and Technology, Trondheim, Norway; Department of Biotechnology and Nanomedicine, SINTEF Industry, Trondheim, Norway
- 杂志
- Frontiers in Microbiology（2022）
- DOI
- 10.3389/fmicb.2022.822254
- 所属领域
- 代谢工程
- 关键词
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解决的核心问题
破译 Aurantiochytrium 中两个新的 DGAT2 类似蛋白（ASATs）的功能，并利用其过表达提高角鲨烯积累
研究策略
从 Aurantiochytrium sp. T66 中鉴定两个 putative DGAT2 基因，在可转化的 Aurantiochytrium limacinum SR21 中进行单敲除、双敲除及过表达/异源表达，结合脂质组学和角鲨烯定量分析，确定基因功能及对角鲨烯积累的影响
核心内容
研究从 Aurantiochytrium sp. T66 中鉴定了两个新的 DGAT2 类似蛋白基因，并在可转化的 Aurantiochytrium limacinum SR21 中通过单敲除、双敲除及过表达实验，系统表征了包括 AlASATa、AlASATb、T66ASATa、T66ASATb 在内的四个 DGAT2 类似蛋白的功能。结果表明这些蛋白均具有酰基-CoA:甾醇酰基转移酶（ASAT）活性，特异性合成 SE(16:0) 和 SE(22:6)，其中 b 型贡献更大。AlASATb 单敲除菌株中 SE(22:6) 产量在 T1 和 T2 分别低于野生型的 84% 和 71%，而 AlASATa 和 AlASATb 双敲除菌株的 SE 水平仅为野生型的 1-2%，证实了这些基因在甾醇酯合成中的关键作用。更为重要的是，过表达 AlASATb 使角鲨烯产量最高提高 88%，T66ASATa 和 T66ASATb 的过表达也显著提升角鲨烯积累，且不影响总脂质含量和脂肪酸组成。该发现首次明确了 DGAT2 类似蛋白的 ASAT 功能，为 thraustochytrids 的角鲨烯代谢工程提供了新的靶点，具有重要的应用潜力。
创新点
首次表征四个 DGAT2 类似蛋白具有酰基-CoA:甾醇酰基转移酶(ASAT)活性；发现它们特异性合成 SE(16:0) 和 SE(22:6)；过表达 AlASATb 或 T66ASATb 使角鲨烯积累最高提高 88%，为 thraustochytrids 的角鲨烯代谢工程提供新靶点
研究对象（4）
| 底盘细胞 | 代谢通路 | 基因 | 蛋白 | 功能 | 说明 |
|---|---|---|---|---|---|
| Aurantiochytrium limacinum SR21 | Steryl ester biosynthesis | AlASATa (Aurli1_137698) | AlASATa | 催化 | 与 T66ASATa 同源，参与合成 SE(16:0) 和 SE(22:6)，单敲除影响不显著，双敲除加剧 SE(22:6) 减少 |
| Aurantiochytrium limacinum SR21 | Steryl ester biosynthesis | AlASATb (Aurli1_43553) | AlASATb | 催化 | 主要 ASAT，敲除显著降低 SE(16:0) 和 SE(22:6)，过表达使角鲨烯最高提高 88% |
| Aurantiochytrium limacinum SR21 | Steryl ester biosynthesis | T66ASATa (T66002778.1) | T66ASATa | 催化 | 来自 Aurantiochytrium sp. T66，异源表达于 SR21 显示 ASAT 活性，增强 SE(16:0) 和 SE(22:6) 合成 |
| Aurantiochytrium limacinum SR21 | Steryl ester biosynthesis | T66ASATb (T66003952.1) | T66ASATb | 催化 | 来自 T66，异源表达显著增强 SE 合成和角鲨烯积累 |
关键发现
- 四个 DGAT2 类似蛋白 AlASATa、AlASATb、T66ASATa、T66ASATb 均具有 ASAT 活性，主要合成 SE(16:0) 和 SE(22:6)，其中 b 型贡献更大。AlASATb 单敲除菌株中 SE(16:0) 仅在 T2 可检测到，SE(22:6) 产量在 T1 和 T2 分别低于野生型的 84% 和 71%
- AlASATa 和 AlASATb 双敲除菌株的 SE 水平仅为野生型的 1-2%。过表达 AlASATb 使角鲨烯产量比对照菌株 30-1 最高提高 88%（两个时间点均显著），而 T66ASATa-KI 和 T66ASATb-KI 也显著提高角鲨烯积累。所有菌株的 TAG 占总脂质 95% 以上，基因敲除或过表达不影响总脂质含量和脂肪酸组成。
研究结论
四个 DGAT2 类似蛋白具有酰基-CoA:甾醇酰基转移酶(ASAT)活性，特异性合成 SE(16:0) 和 SE(22:6)，其中 b 型贡献更大；过表达 AlASATb 或 T66ASATb 可使角鲨烯积累最高提高 88%，为 thraustochytrids 的角鲨烯代谢工程提供了新靶点