Lycopene over-accumulation by disruption of the negative regulator gene crgA in Mucor circinelloides
- 作者
- Francisco E. Nicolas-Molina, Eusebio Navarro, Rosa M. Ruiz-Vázquez
- 杂志
- Applied Microbiology and Biotechnology（2007）
- DOI
- 10.1007/s00253-007-1281-5
- 所属领域
- 代谢工程
- 关键词
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解决的核心问题
如何通过遗传操作提高Mucor circinelloides的番茄红素产量，特别是利用负调控基因敲除策略。
研究策略
在缺乏番茄红素环化酶活性的菌株MU202中，通过同源重组破坏负调控基因crgA，获得双突变菌株MU224，并优化培养条件（复合培养基）提高产量。
核心内容
该研究通过破坏负调控基因crgA并结合番茄红素环化酶缺陷策略，在卷枝毛霉中实现了番茄红素的高水平积累。研究首先在缺乏环化酶活性的MU202菌株中利用同源重组敲除crgA，获得双突变菌株MU224，并进一步优化了培养条件。结果显示，MU224在液体YNB培养基中番茄红素积累量达5 mg/g干重，较亲本MU202提高7倍；在固体培养基中提高5倍。在复合培养基MMM中培养5天，生物量达100.9 g/l，总番茄红素产量最高达54 mg/l。转录分析表明，crgA敲除显著影响carB和carRP的表达，黑暗条件下MU224中carB mRNA水平较野生型R7B提高8倍，carRP mRNA水平在黑暗中提高50倍。该研究首次将负调控基因敲除与环化酶缺陷相结合，证明此策略可有效解除类胡萝卜素合成途径的转录抑制，为其他产类胡萝卜素的工业菌株提供了可行的代谢工程改良思路。
创新点
首次将负调控基因crgA的破坏与番茄红素环化酶缺陷结合；证明crgA影响carB和carRP转录；在复合培养基中实现高产。
研究对象（3）
| 底盘细胞 | 代谢通路 | 基因 | 蛋白 | 功能 | 说明 |
|---|---|---|---|---|---|
| Mucor circinelloides | 类胡萝卜素生物合成 | crgA | CrgA | 调控 | 类胡萝卜素生成的负调控因子，敲除后增强carB和carRP表达 |
| Mucor circinelloides | 类胡萝卜素生物合成 | carB | CarB | 催化 | 八氢番茄红素脱氢酶，催化八氢番茄红素生成番茄红素 |
| Mucor circinelloides | 类胡萝卜素生物合成 | carRP | CarRP | 催化 | 双功能酶：N端R域具有番茄红素环化酶活性，C端P域具有八氢番茄红素合酶活性 |
关键发现
- MU224菌株在液体YNB培养基中积累番茄红素达5 mg/g干重，比亲本MU202提高7倍
- 在固体YNB培养基中比MU202提高5倍。在复合培养基MMM中，生物量达100.9 g/l，比最小培养基提高约10倍
- 培养5天总番茄红素产量最高达54 mg/l（原文结果部分误写为54 g/l）。黑暗条件下，MU224中carB mRNA水平比野生型R7B高8倍，carRP mRNA水平在黑暗中比野生型高50倍，光照下高2倍。
研究结论
通过破坏负调控基因crgA并联合环化酶缺陷，可显著提高Mucor circinelloides的番茄红素产量，结合优化培养条件可进一步提升产量，该方法有望应用于其他产类胡萝卜素的工业菌株。