Detailed biosynthetic pathway to decaprenoxanthin diglucoside in Corynebacterium glutamicum and identification of novel intermediates
- 作者
- Philipp Krubasik, Shinichi Takaichi, Takashi Maoka, Miki Kobayashi, Kazumori Masamoto, Gerhard Sandmann
- 杂志
- Archives of Microbiology（2001）
- DOI
- 10.1007/s002030100315
- 所属领域
- 代谢工程
- 关键词
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解决的核心问题
解析谷氨酸棒杆菌中decaprenoxanthin diglucoside（C50类胡萝卜素）的详细生物合成途径，并鉴定新中间体。
研究策略
利用转座子诱变获得不同色素突变体，通过HPLC、质谱、NMR及CD光谱分析其类胡萝卜素组成，结合已知标准品对比，推导完整生物合成途径。
核心内容
该研究通过转座子诱变获得谷氨酸棒杆菌的一系列色素突变体，结合HPLC、质谱、NMR及CD光谱系统分析其类胡萝卜素组成，解析了decaprenoxanthin diglucoside的完整生物合成途径。研究鉴定了四个新中间体，包括无环C50类胡萝卜素nonaflavuxanthin和flavuxanthin，以及nonaprene和decaprenoxanthin diglucoside脂肪酸二酯，并证实C5延伸与环化为分步反应。关键结果显示，突变体MV10的总类胡萝卜素含量达191 μg/g干重，为野生型的3倍；MV40和MV60仅积累番茄红素，MV240则完全无类胡萝卜素；通过NMR确认decaprenoxanthin diglucoside的分子量为1028且为(2R,6R,2'R,6'R)立体构型，并发现含C16:1和C18:0脂肪酸链的二酯衍生物。由此提出了从番茄红素经C5延伸（依次生成nonaprene、sarcinene）、环化、羟基化、糖基化至脂肪酸酯化的完整代谢通路，为C50类胡萝卜素的工程化改造奠定了途径基础。
创新点
鉴定了四个新的类胡萝卜素中间体（nonaprene、nonaflavuxanthin、flavuxanthin和decaprenoxanthin diglucoside脂肪酸二酯）；证明C5延伸与环化为分步反应；首次提出谷氨酸棒杆菌中C50类胡萝卜素（decaprenoxanthin diglucoside）的完整合成途径。
研究对象（1）
| 底盘细胞 | 代谢通路 | 基因 | 蛋白 | 功能 | 说明 |
|---|---|---|---|---|---|
| Corynebacterium glutamicum | C50类胡萝卜素生物合成途径 | — | — | 催化 | 野生型和转座子突变体MV10、MV40、MV60、MV70、MV240，用于解析decaprenoxanthin diglucoside合成途径 |
关键发现
- 突变体MV10合成与野生型相同的类胡萝卜素（decaprenoxanthin、单葡糖苷和双葡糖苷），但总含量达191 μg/g干重，为野生型的3倍
- 突变体MV40和MV60仅积累番茄红素，MV240完全无类胡萝卜素
- 在MV70中鉴定出两种新的无环C50类胡萝卜素——nonaflavuxanthin（分子量620）和flavuxanthin（分子量704），后者经乙酰化形成二乙酰衍生物
- 通过NMR和质谱确认了decaprenoxanthin diglucoside为(2R,6R,2'R,6'R)立体构型，其分子量为1028，单葡糖苷为866，decaprenoxanthin为704
- 在MV10中发现了DDG脂肪酸二酯，分子量分别为1508（两个C16:1）、1534（C16:1+C18:0）和1560（两个C18:0）
- 还鉴定了中间体nonaprene和sarcinene。
研究结论
通过分析谷氨酸棒杆菌野生型及转座子突变体的类胡萝卜素组成，阐明了从番茄红素经C5延伸（依次生成nonaprene、sarcinene）、环化、羟基化、糖基化（生成单/双葡糖苷）及脂肪酸酯化（生成DDG酯）的完整生物合成途径，并发现4个新中间体。该途径中C5延伸与环化是分步进行的。