Metabolic engineering of Saccharomyces cerevisiae for linalool production

作者: Pegah Amiri, Azar Shahpiri, Mohammad Ali Asadollahi, Fariborz Momenbeik, Siavash Partow
单位: Department of Agricultural Biotechnology, College of Agriculture, Isfahan University of Technology, Isfahan 84156-83111, Iran; Department of Biotechnology, Faculty of Advanced Sciences and Technologies, University of Isfahan, Isfahan 81746-73441, Iran; Department of Analytical Chemistry, Faculty of Chemistry, University of Isfahan, Isfahan 81746-73441, Iran; Department of Chemical Engineering & Applied Chemistry, University of Toronto, 200 College Street, Toronto, ON M5S 3E5, Canada
杂志: Biotechnology Letters（2016）
DOI: 10.1007/s10529-015-2000-4
所属领域: 代谢工程
关键词: Lavandula angustifoliaLinaloolLinalool synthaseMetabolic engineeringMonoterpeneSaccharomyces cerevisiae
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解决的核心问题

酿酒酵母异源生产芳樟醇产量低，需通过代谢工程提高芳樟醇合成能力。

研究策略

异源表达薰衣草(Lavandula angustifolia)芳樟醇合酶基因LIS，同时过表达截短的HMG-CoA还原酶(tHMG1)增强MVA通量，并用MET3启动子替换ERG9天然启动子下调鲨烯合酶表达，减少FPP分流。

研究路线图

100%

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核心内容

本研究以酿酒酵母CEN.PK 113-5D为底盘，通过组合代谢工程策略提升异源芳樟醇产量。首先异源表达薰衣草芳樟醇合酶基因LIS，并分别或组合过表达截短的HMG-CoA还原酶（tHMG1）以增强MVA通量，以及用MET3启动子替换ERG9天然启动子下调鲨烯合酶表达以减少FPP向甾醇方向分流。结果显示，对照菌株不产芳樟醇，仅表达LIS的菌株产量为32 μg/L；过表达tHMG1后产量升至51 μg/L，提高超过50%；单独抑制ERG9的菌株产量达78 μg/L，超过前者两倍；而组合tHMG1过表达与ERG9抑制的菌株产量最高，达95 μg/L，为仅表达LIS菌株的三倍。该研究首次将ERG9下调应用于单萜类芳樟醇生产，证明协同增强MVA通量与减少FPP竞争分流可有效提高异源单萜产量，但产物毒性仍是进一步增产的瓶颈。

创新点

首次将ERG9下调用于单萜（芳樟醇）生产；组合tHMG1过表达与ERG9抑制协同提高芳樟醇产量。

研究对象（3）

底盘细胞	代谢通路	基因	蛋白	功能	说明
Saccharomyces cerevisiae CEN.PK 113-5D	甲羟戊酸（MVA）通路	LIS	芳樟醇合酶	催化	来自薰衣草，催化GPP转化为芳樟醇
Saccharomyces cerevisiae CEN.PK 113-5D	甲羟戊酸（MVA）通路	tHMG1	截短的3-羟基-3-甲基戊二酰辅酶A还原酶	催化	催化HMG-CoA转化为甲羟戊酸，过表达增强前体供应
Saccharomyces cerevisiae CEN.PK 113-5D	甾醇合成途径（由MVA通路分支）	ERG9	鲨烯合酶	催化	催化FPP转化为鲨烯，通过MET3启动子下调以减少竞争通量

关键发现

对照菌株不产芳樟醇
仅表达LIS的YLIS菌株产量为32 μg l-1
过表达tHMG1的YHLIS菌株产量为51 μg l-1（提高>50%）
ERG9抑制的YERG_LIS菌株产量为78 μg l-1（超过YLIS两倍）
组合改造的YERG_HLIS菌株产量达95 μg l-1，为YLIS的三倍。

研究结论

通过组合tHMG1过表达和ERG9下调，酿酒酵母中芳樟醇产量提高至95 μg l-1，为进一步提高需解决单萜毒性问题。