The Yeast ATF1 Acetyltransferase Efficiently Acetylates Insect Pheromone Alcohols: Implications for the Biological Production of Moth Pheromones
- 作者
- Bao-Jian Ding, Ida Lager, Sunil Bansal, Timothy P. Durrett, Sten Stymne, Christer Löfstedt
- 杂志
- Lipids（2016）
- DOI
- 10.1007/s11745-016-4122-4
- 所属领域
- 代谢工程 / 合成生物学
- 关键词
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解决的核心问题
缺乏催化长链脂肪醇乙酰化形成昆虫醋酸信息素的关键乙酰转移酶，阻碍了利用微生物细胞工厂生物合成蛾类信息素。
研究策略
在酿酒酵母中异源表达植物来源的EaDAcT，并发现内源醇乙酰转移酶ATF1能够高效乙酰化C10-C18脂肪醇；通过体内和体外实验比较两者活性，并确认ATF1可作为信息素乙酸酯合成途径的末端酶。
研究路线图
核心内容
该研究针对微生物合成蛾类信息素缺乏高效乙酰转移酶的问题，在酿酒酵母中比较了植物来源的EaDAcT与内源醇乙酰转移酶ATF1对C10-C18脂肪醇的乙酰化能力。体内和体外实验均表明，过表达ATF1的乙酰化效率分别比EaDAcT高27倍和10倍，能将饱和及单不饱和C10至C18脂肪醇转化为相应乙酸酯，产物大部分（约五倍）分泌到培养基中。atf1Δ敲除菌株几乎检测不到长链乙酸酯，证实ATF1是酵母中唯一能有效乙酰化C10及以上脂肪醇的内源酶，但C16和C18饱和醇的转化效率较低。该研究首次鉴定出ATF1可作为蛾类信息素乙酸酯合成的替代乙酰转移酶，其广谱高效活性使其能与脂肪酰还原酶等组合，在酵母中重构昆虫信息素生物合成途径，为利用微生物细胞工厂生产蛾类信息素提供了关键的末端酶元件和可行策略。
创新点
首次鉴定出酵母ATF1可作为蛾类信息素乙酸酯合成的替代乙酰转移酶；发现ATF1对长链不饱和脂肪醇具有广谱高效乙酰化活性，并且产物大部分分泌到培养基中。
研究对象（2）
| 底盘细胞 | 代谢通路 | 基因 | 蛋白 | 功能 | 说明 |
|---|---|---|---|---|---|
| 酿酒酵母 (Saccharomyces cerevisiae) | 昆虫信息素生物合成 / 乙酸酯合成 | ATF1 | 醇乙酰转移酶I (alcohol acetyltransferase I) | 催化 | 内源乙酰转移酶，负责长链脂肪醇的乙酰化；过表达后对C10-C18脂肪醇具有高效活性，体内外效率高于EaDAcT。 |
| 酿酒酵母 (atf1Δ菌株) | 昆虫信息素生物合成 / 乙酸酯合成 | EaDAcT | 二酰甘油乙酰转移酶 (EaDAcT) | 催化 | 来自卫矛(Euonymus alatus)，在酵母中也能乙酰化脂肪醇，但活性低于ATF1，且体内存在乙酰-TAG副产物。 |
关键发现
- 过表达ATF1对C10-C18脂肪醇的乙酰化效率在体内和体外分别比EaDAcT高27倍和10倍
- 在ATF1过表达酵母中，除16:OH、18:OH和Z9-18:OH外，乙酸酯生成量比EaDAcT高10-40倍
- ATF1能将C10至C18的饱和及单不饱和脂肪醇转化为相应乙酸酯，但C16和C18饱和醇乙酰化效率低
- 产物大部分（约五倍）分泌到培养基中。atf1Δ敲除菌株几乎无法检测到长链乙酸酯，表明ATF1是酵母中唯一能有效乙酰化C10及以上脂肪醇的内源酶。体外实验中，ATF1活性比EaDAcT高至十倍。EaDAcT在未洗涤微粒体中主要催化乙酰-TAG形成（>90%放射性），丙酮洗涤去除内源DAG后仍保留脂肪醇乙酰化活性。
研究结论
ATF1能高效地乙酰化多种蛾类信息素脂肪醇前体，可替代昆虫源乙酰转移酶，与FAD和FAR组合在酵母中重构昆虫乙酸酯信息素的生物合成途径，实现微生物细胞工厂生产信息素。