Correlations Between FAS Elongation Cycle Genes Expression and Fatty Acid Production for Improvement of Long-Chain Fatty Acids in Escherichia coli
- 作者
- Sunhee Lee, Yeontae Jung, Seunghan Lee, Jinwon Lee
- DOI
- 10.1007/s12010-012-0088-8
- 所属领域
- 代谢工程
- 关键词
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解决的核心问题
在大肠杆菌中通过协同过表达脂肪酸合酶(FAS)延伸循环的关键酶基因(fabG、fabZ、fabI、fabH)，提高长链脂肪酸的产量并改善脂肪酸组成（尤其是不饱和脂肪酸比例），以用于生物柴油生产。
研究策略
从E. coli K-12 MG1655基因组克隆fabG、fabZ、fabI、fabH基因，构建不同组合的共表达质粒(pJS14-pJS19)，转化宿主菌后分析脂肪酸产量、组成、葡萄糖消耗及细胞内NAD+/NADH比值。
核心内容
为提升大肠杆菌长链脂肪酸产量并改善其组成，本研究从E. coli K-12 MG1655基因组克隆了脂肪酸合酶延伸循环的四个关键基因fabG、fabZ、fabI和fabH，构建了不同组合的共表达质粒并转化宿主菌，系统考察了多基因协同过表达对脂肪酸生产的影响。结果显示，多基因共表达可显著提高长链脂肪酸产量，其中菌株SGJS27的总脂肪酸产量在培养12小时后较野生型提高2倍，且葡萄糖消耗最多。过表达fabZ对不饱和脂肪酸比例影响最为关键，菌株SGJS25的不饱和脂肪酸占总长链脂肪酸的35%，其cis-9-十六碳烯酸含量在20小时时较野生型高20倍。此外，菌株SGJS28在4小时时C16含量最高达182 mg/g DCW。该研究首次系统性揭示了FAS延伸循环基因组合表达与脂肪酸产量及组成之间的相关性，证明FabZ是调控不饱和脂肪酸合成的关键靶点，所获工程菌株为经济高效的生物柴油生产提供了有价值的候选。
创新点
首次系统性地同时过表达多个FAS延伸循环基因，考察协同效应对长链脂肪酸生产的影响；发现过表达fabZ可显著提高不饱和脂肪酸(UFA)比例；建立了基因表达组合与脂肪酸产量及组成的相关性。
研究对象（4）
| 底盘细胞 | 代谢通路 | 基因 | 蛋白 | 功能 | 说明 |
|---|---|---|---|---|---|
| Escherichia coli K-12 MG1655 | 脂肪酸合成(FAS)延伸循环 | fabG | FabG | 催化 | β-酮脂酰-ACP还原酶，催化NADPH依赖性还原反应 |
| Escherichia coli K-12 MG1655 | 脂肪酸合成(FAS)延伸循环 | fabZ | FabZ | 催化 | β-羟脂酰-ACP脱水酶，催化脱水生成trans-2-enoyl，对UFA合成重要 |
| Escherichia coli K-12 MG1655 | 脂肪酸合成(FAS)延伸循环 | fabI | FabI | 催化 | β-烯脂酰-ACP还原酶，NADPH依赖性，完成延伸循环 |
| Escherichia coli K-12 MG1655 | 脂肪酸合成(FAS)延伸循环 | fabH | FabH | 催化 | β-酮脂酰-ACP合酶，催化起始缩合反应，过表达可能抑制脂肪酸合成 |
关键发现
- 重组菌株长链脂肪酸产量较野生型提高2倍
- 过表达fabZ的E. coli SGJS25其UFA占总长链脂肪酸的35%，cis-9-十六碳烯酸含量在20 h时较野生型高20倍
- C16和C18含量在4 h时提高1.6倍、20 h时提高2倍
- E. coli SGJS28在4 h时C16含量最高为182 mg/g DCW，E. coli SGJS29在20 h时C16含量最高为101 mg/g DCW
- E. coli SGJS27总脂肪酸产量最高，培养12 h后增加2倍，且葡萄糖消耗最多（12 h为33 mM，20 h为38 mM）。
研究结论
多基因共表达能协同提高长链脂肪酸产量，其中FabZ对不饱和脂肪酸组成至关重要，获得的工程菌株有望用于经济高效的生物柴油生产。