Accumulation of prenyl alcohols by terpenoid biosynthesis inhibitors in various microorganisms
- 作者
- Masayoshi Muramatsu, Chikara Ohto, Shusei Obata, Eiji Sakuradani, Sakayu Shimizu
- 单位
- Bio Research Lab., Toyota Motor Corporation, 1 Toyota-cho, Toyota 471-8572, Japan; Division of Applied Life Sciences, Graduate School of Agriculture, Kyoto University, Kitashirakawa-oiwakecho, Sakyo-ku, Kyoto 606-8502, Japan
- 杂志
- Applied Microbiology and Biotechnology（2008）
- DOI
- 10.1007/s00253-008-1578-z
- 所属领域
- 代谢工程
- 关键词
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解决的核心问题
微生物中法尼醇和香叶基香叶醇等异戊二烯醇产量低，如何通过调控萜类下游代谢提高其积累
研究策略
利用角鲨烯合酶抑制剂、类胡萝卜素合成抑制剂和赤霉素合成抑制剂等萜类抑制剂抑制下游消耗FPP/GGPP的酶，促进前体磷酸酯水解为相应的异戊二烯醇
核心内容
本研究系统考察了萜类合成抑制剂在多种微生物中促进异戊二烯醇积累的效果。作者利用角鲨烯合酶抑制剂、类胡萝卜素合成抑制剂及赤霉素合成抑制剂等，分别阻断法尼基焦磷酸（FPP）和香叶基香叶基焦磷酸（GGPP）的下游消耗途径，促使前体水解为法尼醇和香叶基香叶醇。在光滑念珠菌NBRC 0005中，添加40 mg/L角鲨烯合酶抑制剂SQI-2后法尼醇产量达14.98 mg/L，约为对照的50倍；而20 mg/L SQI-2在5 L发酵罐中产量高达119 mg/L。在酿酒酵母NBRC 0538中，SQI-2使法尼醇产量从0.46 mg/L升至40.05 mg/L，提高约100倍；ERG9缺陷型菌株法尼醇产量不受抑制剂影响，证实了角鲨烯合酶活性与产物积累的因果关系。在红酵母NBRC 0870中，SQI-2与类胡萝卜素合成抑制剂DPA联用使香叶基香叶醇产量从4.9 mg/L升至53.7 mg/L，显示出协同效应。结果表明，抑制FPP和GGPP下游萜类代谢酶是提高异戊二烯醇积累的通用策略，为微生物生产法尼醇和香叶基香叶醇提供了可行途径。
创新点
['系统性验证多种萜类合成抑制剂在酵母、细菌、古菌和丝状真菌中促进法尼醇和香叶基香叶醇积累的通用性', '发现角鲨烯合酶抑制剂与类胡萝卜素合成抑制剂联用可协同提升香叶基香叶醇产量', '利用ERG9缺陷型菌株验证了角鲨烯合酶活性与法尼醇积累之间的因果关系']
研究对象（8）
| 底盘细胞 | 代谢通路 | 基因 | 蛋白 | 功能 | 说明 |
|---|---|---|---|---|---|
| Candida glabrata NBRC 0005 | 甲羟戊酸/萜类生物合成 | — | 角鲨烯合酶 | 催化 | 被SQI-1和SQI-2抑制，促进法尼醇积累 |
| Saccharomyces cerevisiae NBRC 0538 | 固醇/麦角固醇生物合成 | ERG9 | 角鲨烯合酶 | 催化 | 抑制后法尼醇产量提高约100倍 |
| Saccharomyces cerevisiae ATCC 64031 | 固醇/麦角固醇生物合成 | ERG9 | 角鲨烯合酶 | 催化 | ERG9缺陷型，法尼醇产量不受SQI-2影响 |
| Rhodotorula rubra NBRC 0870 | 类胡萝卜素生物合成 | — | 类胡萝卜素合成酶类 | 催化 | DPA抑制，与SQI-2联用时香叶基香叶醇产量达53.7 mg/L |
| Rhodotorula minuta NBRC 0715 | 类胡萝卜素生物合成 | — | 类胡萝卜素合成酶类 | 催化 | DPA与SQI-2联用时香叶基香叶醇产量达42.8 mg/L |
| Gibberella fujikuroi NBRC 30336 | 赤霉素/GGPP衍生萜类生物合成 | — | ent-贝壳杉烯合酶 | 催化 | 被Cysocel和AMO1618抑制，促进法尼醇和香叶基香叶醇产生 |
| Haloferax volcanii NBRC 14742 | 萜类生物合成 | — | 角鲨烯合酶 | 催化 | SQI-2作用下法尼醇产量57.7 mg/L |
| Candida albicans NBRC 1060 | 萜类生物合成 | — | 角鲨烯合酶 | 催化 | SQI-2作用下法尼醇产量108.8 mg/L |
关键发现
- 在Candida glabrata NBRC 0005中，40 mg/L SQI-2使法尼醇产量达14.98 mg/L，约为对照（0.57 mg/L）的50倍
- 20 mg/L SQI-2在5 L发酵罐中法尼醇产量达119 mg/L。Candida albicans NBRC 1060、Phaffia rhodozyma ATCC 66270和Filobacillus capsuligenum NBRC 1185的法尼醇产量分别达108.8、108.7和106.6 mg/L
- Rhodotorula rubra NBRC 0870经SQI-2和DPA联用后香叶基香叶醇产量达53.7 mg/L，而单独SQI-2仅为4.9 mg/L。野生型Saccharomyces cerevisiae NBRC 0538添加SQI-2后法尼醇产量从0.46 mg/L升至40.05 mg/L，约提高100倍
- ERG9缺陷型ATCC 64031的法尼醇产量（19.65 mg/L）不受SQI-2影响。Gibberella fujikuroi NBRC 30336添加15 mg/L Cysocel后可产生0.43 mg/L法尼醇和2.89 mg/L香叶基香叶醇。
研究结论
抑制FPP和GGPP下游的萜类代谢酶（如角鲨烯合酶、类胡萝卜素合成酶、贝壳杉烯合酶）可促进多种微生物积累法尼醇和香叶基香叶醇，该策略可望用于异戊二烯醇的微生物生产。