Stimulatory effect of ethanol on libertellone H biosynthesis by Arctic fungus Eutypella sp. D-1
- 作者
- Chu Shen, Ning Xu, Yanyun Gao, Xiaoyue Sun, Ying Yin, Menghao Cai, Xiangshan Zhou, Yuanxing Zhang
- 杂志
- Bioprocess and Biosystems Engineering（2016）
- DOI
- 10.1007/s00449-015-1515-3
- 所属领域
- 发酵工程
- 关键词
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解决的核心问题
北极真菌Eutypella sp. D-1产libertellone H的产量极低，限制其抗肿瘤药物开发，需要有效提高该二萜化合物产量的策略。
研究策略
通过向发酵培养基中补加乙醇，优化乙醇浓度和补料时间，并结合关键基因（hmgr、gggps）的克隆与转录水平分析，探究乙醇对libertellone H生物合成的促进作用及机制。
研究路线图
核心内容
针对北极真菌Eutypella sp. D-1产libertellone H产量极低的问题，该研究首次提出并验证了乙醇补料对其二萜类化合物生物合成的刺激作用。通过在发酵培养过程中分三次（72、96、120 h）补加乙醇至终浓度4%，libertellone H产量达到4.88 mg/L，较对照提高了16.4倍，单位生物量产量（Y_T/X）提高19.8倍；但6%乙醇会导致生物量下降45.6%。研究还克隆了甲羟戊酸途径关键基因hmgr和gggps，qRT-PCR结果显示乙醇补料使hmgr转录水平在84、108、132 h分别达到对照的1.9、2.3和5.5倍，gggps在132 h为对照的2.7倍，并促进了libertellone A、B、C等同系物的积累。该结果表明乙醇通过上调甲羟戊酸途径关键基因转录来增强代谢流，从而显著提升目标产物产量，为其他真菌次级代谢产物高产调控提供了可借鉴的策略。
创新点
首次报道乙醇对二萜类化合物生物合成的刺激作用；成功克隆了Eutypella sp. D-1的hmgr和gggps基因，并从转录水平揭示了乙醇促进libertellone H合成的机制。
研究对象（2）
| 底盘细胞 | 代谢通路 | 基因 | 蛋白 | 功能 | 说明 |
|---|---|---|---|---|---|
| Eutypella sp. D-1 (北极真菌) | 甲羟戊酸途径（二萜生物合成） | hmgr | HMGR (3-羟基-3-甲基戊二酰辅酶A还原酶) | 催化 | 甲羟戊酸途径限速酶，催化HMG-CoA转化为甲羟戊酸，乙醇刺激下转录上调 |
| Eutypella sp. D-1 (北极真菌) | 甲羟戊酸途径（二萜生物合成） | gggps | GGPPS (香叶基香叶基焦磷酸合酶) | 催化 | 催化GGPP合成，是二萜生物合成的关键酶，乙醇刺激下转录上调 |
关键发现
- 最佳乙醇补料方式为在72、96、120 h分三次补加乙醇，终浓度4%，libertellone H产量达4.88 mg/L，比对照提高16.4倍
- Y_T/X（libertellone H/DCW）为0.618 mg/g DCW，比对照提高19.8倍
- 而6%乙醇导致DCW下降45.6%。乙醇补料使菌丝碎片化、分散。qRT-PCR显示，hmgr转录水平在84 h、108 h和132 h分别为对照的1.9倍、2.3倍和5.5倍，gggps转录水平在132 h为对照的2.7倍。乙醇还促进了libertellone A、B、C等同类物的积累。
研究结论
乙醇通过上调甲羟戊酸途径关键基因hmgr和gggps的转录，增强代谢流，从而显著提高Eutypella sp. D-1的libertellone H及其同系物产量；优化乙醇补料策略可有效提升二萜次级代谢产物产量，为其他次级代谢产物高产提供参考。