Improved β-carotene biosynthesis and gene transcription in Blakeslea trispora with arachidonic acid
- 作者
- Xianmei Hu, Jie Sun, Qipeng Yuan
- 单位
- State Key Laboratory of Chemical Resource Engineering, College of Life Science and Technology, Beijing University of Chemical Technology, P.O. Box 75, Beijing 100029, People's Republic of China
- 杂志
- Biotechnology Letters（2012）
- DOI
- 10.1007/s10529-012-1015-3
- 所属领域
- 发酵工程
- 关键词
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解决的核心问题
如何提高三孢布拉霉（Blakeslea trispora）发酵生产β-胡萝卜素的产量，并阐明花生四烯酸（AA）的调控机制。
研究策略
在发酵不同时间（0-72 h）向培养基中添加不同浓度（0.2-1.0 g/L）的花生四烯酸，测定β-胡萝卜素产量和细胞干重，并通过实时定量PCR分析关键基因hmgR、carRA和carB的转录水平。
核心内容
本研究考察了花生四烯酸（AA）对三孢布拉霉发酵生产β-胡萝卜素的促进效果及其调控机制。通过在发酵不同时间（0–72 h）添加不同浓度（0.2–1.0 g/L）的AA，发现最佳条件为发酵36 h时添加0.4 g/L AA，此时β-胡萝卜素产量达690 mg/L，较对照提高73%；若在48 h添加则产量为627 mg/L，提高53%，且细胞干重各处理间无显著差异（约48–52 g/L），表明增产并非源于生物量变化。实时定量PCR结果显示，AA处理6 h后hmgR mRNA水平达到峰值4.4倍（对照为3.4倍），carRA和carB mRNA在9 h后分别升至对照的2.2–2.7倍和3.4–4.7倍，证明AA通过上调甲羟戊酸途径关键基因的转录激活类胡萝卜素合成。该结果为β-胡萝卜素的工业化生产提供了一种新型有效刺激剂，并初步阐释了脂肪酸类诱导剂在真菌类异戊二烯代谢中的调控作用。
创新点
首次报道花生四烯酸（AA）作为诱导剂显著提高三孢布拉霉β-胡萝卜素产量，并证明其通过上调类胡萝卜素生物合成关键基因的转录水平发挥作用。
研究对象（3）
| 底盘细胞 | 代谢通路 | 基因 | 蛋白 | 功能 | 说明 |
|---|---|---|---|---|---|
| Blakeslea trispora (ATCC14271 + ATCC14272 配对培养) | 甲羟戊酸途径（类胡萝卜素生物合成） | hmgR | 3-羟基-3-甲基戊二酰辅酶A还原酶 (HMGR) | 催化 | 甲羟戊酸途径的限速酶 |
| Blakeslea trispora (ATCC14271 + ATCC14272 配对培养) | 甲羟戊酸途径（类胡萝卜素生物合成） | carRA | 番茄红素环化酶/八氢番茄红素合成酶（双功能蛋白） | 催化 | R结构域为番茄红素环化酶，A结构域为八氢番茄红素合成酶 |
| Blakeslea trispora (ATCC14271 + ATCC14272 配对培养) | 甲羟戊酸途径（类胡萝卜素生物合成） | carB | 八氢番茄红素脱氢酶 | 催化 | 催化八氢番茄红素脱氢 |
关键发现
- 添加0.4 g/L花生四烯酸并在发酵36 h时加入，β-胡萝卜素产量达690 mg/L，比对照提高73%
- 在48 h添加0.4 g/L AA时，产量为627 mg/L，比对照提高53%
- 不同AA浓度（0-1.0 g/L）实验中，0.4 g/L时产量最高（627 mg/L），细胞干重无显著变化（约48-52 g/L）
- 转录水平方面，hmgR mRNA在AA处理6 h后达到最大值4.4倍（对照为3.4倍），carRA和carB mRNA在9 h后分别达到对照的2.2-2.7倍和3.4-4.7倍。
研究结论
花生四烯酸通过转录调控显著提高三孢布拉霉β-胡萝卜素产量，最佳添加条件为0.4 g/L且于发酵36 h时添加；该研究为β-胡萝卜素生产提供了一种新的刺激剂。