Comparative transcriptome analysis revealed the improved \(\beta\) -carotene production in Sporidiobolus pararoseus yellow mutant MuY9
- 作者
- Chunji Li, Bingxue Li, Ning Zhang, Qifan Wang, Wenjing Wang, Hongtao Zou
- 单位
- College of Land and Environment, Shenyang Agricultural University; College of Bioscience and Biotechnology, Shenyang Agricultural University
- 杂志
- Journal of General and Applied Microbiology（2018）
- DOI
- 10.2323/jgam.2018.07.002
- 所属领域
- 代谢工程
- 关键词
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解决的核心问题
理解 Sporidiobolus pararoseus 黄色突变体 MuY9 中 β-胡萝卜素产量提高的分子机制，并鉴定关键功能基因。
研究策略
对野生型与黄色突变体 MuY9 进行 Illumina 转录组测序和 de novo 组装，分析差异表达基因（DEGs）；通过 qPCR 验证关键基因表达；再利用大肠杆菌异源互补实验对候选基因 crtYB 进行功能鉴定。
核心内容
该研究通过比较转录组分析揭示了Sporidiobolus pararoseus黄色突变体MuY9中β-胡萝卜素产量提高的分子机制。研究者对野生型与MuY9突变体进行Illumina转录组测序和de novo组装，鉴定出348个差异表达基因，其中仅crtYB直接参与类胡萝卜素生物合成，其表达上调1.78倍（qPCR验证为2.0倍）。MuY9的β-胡萝卜素产量达653.2 μg/g，显著高于野生型的538.0 μg/g。研究首次克隆并功能鉴定了S. pararoseus的crtYB基因，通过大肠杆菌异源互补实验证实该基因编码双功能酶，同时催化GGPP转化为八氢番茄红素以及番茄红素转化为β-胡萝卜素。结果表明crtYB基因上调是MuY9中β-胡萝卜素增产的主要原因，该基因可作为基因工程改造提高类胡萝卜素产量的重要靶点，同时所获得的转录组数据为阐明S. pararoseus类胡萝卜素合成途径提供了宝贵的资源基础。
创新点
首次克隆并功能鉴定 S. pararoseus 的 crtYB 基因；揭示 crtYB 上调是 β-胡萝卜素增产的主要原因；提供了 S. pararoseus 的转录组数据资源。
研究对象（4）
| 底盘细胞 | 代谢通路 | 基因 | 蛋白 | 功能 | 说明 |
|---|---|---|---|---|---|
| Sporidiobolus pararoseus (WT and MuY9) | 类胡萝卜素生物合成 | crtYB | CrtYB | 催化 | 上调 1.78 倍，编码双功能酶（番茄红素环化酶和八氢番茄红素合酶），与 β-胡萝卜素增产直接相关 |
| Escherichia coli BL21 (DE3) | 异源类胡萝卜素合成 | crtYB（来源于 S. pararoseus） | CrtYB | 催化 | 异源互补实验证明其催化 GGPP 转化为八氢番茄红素以及番茄红素转化为 β-胡萝卜素 |
| Escherichia coli BL21 (DE3) | 类胡萝卜素合成 | crtE, crtB, crtI（来源于 Erwinia herbicola） | CrtE, CrtB, CrtI | 催化 | 用于构建 pAC-LYC 及 pAC-LYCΔ(crtB) 质粒，提供 GGPP 和番茄红素 |
| Sporidiobolus pararoseus | 萜类骨架生物合成 | comp1515 | 乙酰-CoA C-乙酰转移酶 | 催化 | 在 MuY9 中上调，参与类胡萝卜素前体合成 |
关键发现
- MuY9 的 β-胡萝卜素产量为
- 2 μg/g（p0w），野生型为
- 0 μg/g（p0w）；共鉴定 348 个差异表达基因（DEGs），其中仅 crtYB 直接参与类胡萝卜素生物合成，上调
- 78 倍（qPCR 验证为
- 0 倍）；crtYB 编码双功能酶（番茄红素环化酶/八氢番茄红素合酶），异源互补实验证实其同时催化 GGPP 转化为八氢番茄红素以及番茄红素转化为 β-胡萝卜素。
研究结论
crtYB 基因上调是 MuY9 中 β-胡萝卜素增产的主要原因，该基因可作为基因工程改造提高类胡萝卜素产量的靶点；转录组数据为阐明 S. pararoseus 类胡萝卜素合成途径提供了重要基础。