Evaluation and screening of efficient promoters to improve astaxanthin production in Xanthophyllomyces dendrorhous
- 作者
- Kiyotaka Y. Hara, Toshihiko Morita, Yusuke Endo, Masao Mochizuki, Michihiro Araki, Akihiko Kondo
- 单位
- Organization of Advanced Science and Technology, Kobe University; Department of Chemical Science and Engineering, Graduate School of Engineering, Kobe University
- 杂志
- Applied Microbiology and Biotechnology（2014）
- DOI
- 10.1007/s00253-014-5727-2
- 所属领域
- 代谢工程
- 关键词
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解决的核心问题
Xanthophyllomyces dendrorhous中缺乏高效的基因表达系统，难以通过代谢工程提高虾青素产量，需要评估和筛选强启动子。
研究策略
以GFP为报告基因定量评估已知启动子（Pgpd、Pgdh、Pact），筛选13个候选启动子，并用最强启动子Padh4过表达crtE基因以提高虾青素产量。
核心内容
该研究针对红法夫酵母中缺乏高效基因表达系统、限制虾青素产量提升的问题，系统评估并筛选了强启动子。作者以GFP为报告基因，定量比较了已知启动子Pgpd、Pgdh和Pact的强度，并从基因组中筛选了13个候选启动子，最终获得比Pact更强的adh4启动子（Padh4）。在72小时时，Padh4驱动GFP的表达量达66×10^4/g-cell，高于Pact的58×10^4/g-cell。利用最强启动子Padh4过表达crtE基因后，胞内虾青素含量达到0.43 mg/g-DCW，较对照（0.26 mg/g-DCW）提高约1.7倍，体积产量也从1.59 mg/L提升至2.45 mg/L。该结果表明Padh4是一种高效的组成型启动子，能够稳定驱动目标基因表达，为红法夫酵母中类胡萝卜素等萜类化合物的代谢工程改造提供了有效的表达工具。
创新点
首次定量比较X. dendrorhous中已知启动子的相对强度；筛选到比Pact更强的adh4启动子；证明Padh4启动子能稳定高效表达目标蛋白并显著提高虾青素产量。
研究对象（2）
| 底盘细胞 | 代谢通路 | 基因 | 蛋白 | 功能 | 说明 |
|---|---|---|---|---|---|
| Xanthophyllomyces dendrorhous (NBRC 10129) | 类胡萝卜素生物合成 | crtE | GGPP合酶（geranylgeranyl pyrophosphate synthase） | 催化 | 催化FPP生成GGPP，是类胡萝卜素合成的限速酶；在Padh4驱动下过表达使胞内虾青素含量提高约1.7倍 |
| Xanthophyllomyces dendrorhous (NBRC 10129) | 基因表达调控 | adh4 | — | 调控 | adh4基因的启动子Padh4是本研究筛选出的最强启动子，用于驱动GFP和crtE的高效表达 |
关键发现
- 已知启动子中Pact表达最强
- 新筛选的Padh4启动子比Pact更强，其驱动GFP表达量在72 h为66×10^4/g-cell，Pact为58×10^4/g-cell
- Padh4过表达crtE使胞内虾青素含量达0.43 mg/g-DCW，比对照（0.26 mg/g-DCW）提高约1.7倍
- 体积虾青素浓度为2.45 mg/L，比对照（1.59 mg/L）提高1.54倍。
研究结论
Padh4是X. dendrorhous中高效的组成型启动子，可用于过表达目标蛋白，为类胡萝卜素等萜类化合物的代谢工程改造提供了有效工具。